основы оптической связи. Межрегиональный учебный центр переподготовки специалистов
 Скачать 97.35 Kb.
|
|
Федеральное агентство связи Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ) Межрегиональный учебный центр переподготовки специалистов (МУЦПС) ЭКЗАМЕН По дисциплине: Физические основы оптической связи Выполнил: Группа: Билет:№5 Проверил: Новосибирск, 2020 г. 1. Источник излучения излучает на центральной длине волны 1.3 мкм. Ширина спектра излучения 0.1 нм. Определить ширину спектра излучения в [Гц]. Дано   Найти  Решение Пересчет в частотную область:  ширина спектра излучения 17751479290 Гц 2. Сравните между собой спектральные характеристики СИД, СЛД и ППЛ. Объясните, чем отличается характер и от чего зависит ширина спектра излучения. Спектральное распределение определяется спектром спонтанной эмиссии, рассчитывается численно и зависит от многих параметров материала. Пик спонтанного излучения соответствует величине энергии фотона Еф = Еg+ kBT/2 и имеет постоянную ширину на уровне половины максимальной величины (FWHM),f0,5 = 1,8 kBT/h÷2kBT/h. При комнатной температуре (Т=300 К) – около 11 ТГ.Практически ширина спектра выражается в нанометрах при использовании соотношения:  , мкми увеличивается пропорционально 2 с увеличением излучаемой длины волны . В результате больше для InGaAsPLEDs (светодиодов), излучающих на 1,3 микрона в 1,7 раза, по сравнению со светодиодами на GaAs. Т.к. в СЛД присутствует стимулированное излучение, его спектр немного уже спектра СИДа. Эмиттируемый свет светодиодом некогерентен и с относительно широкой полосой спектра (30-60) нм, и относительно большим разбросом направления излучения. В суперлюминесцентных диодах (СЛД) активная среда обладает высоким оптическим коэффициентом усиления, оптический резонатор в СЛД отсутствует и такой излучатель, в целом, можно рассматривать как однопроходный усилитель света. В конструкции СЛД достигнута высокая степень подавления лазерных (резонансных) эффектов, в результате чего широкая, с полушириной около 20…40 нм, спектральная кривая распределения мощности выходного излучения примерно соответствует распределению Гаусса. Более узкий спектр излучения СЛДчем у СИД объясняется волноводнымэффектом и некоторой согласованностью (когерентностью) излучательныхрекомбинаций. При этом характер излучения остается спонтанным и ширинаспектра определяется разбросом энергетических состоянийрекомбинирующих электронов и дырок. Принцип действия полупроводниковых лазеров (ППЛ) основан на вынужденной излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар, в активных полупроводниковых структурах, получаемых при прохождении через такие структуры электрического тока накачки. Основные отличия – наличие у ППЛ резонатора и стимулированное излучение. Спектральная характеристика лазера определяется размерами резонатора, спектром спонтанного излучения и выполнением условий генерации.   Рисунок 2.1 – Спектральные характеристики СИД, СЛД и ППЛ Спектральная характеристика светодиодов показывает зависимость излучаемой мощности от длины волны излучения. 3. Найти добротность РФПППЛ с Eg=1,8 эВ, если его качество равно 6, а оптическая длина 350 мкм. Рассчитать ширину спектра (в Гц и нм) моды РФП. Решение: Длина волны излучаемого света:   Качество РФП рассчитывается по формуле:   где Δλm - ширина спектра моды резонатора;  - расстояние между модами.Расстояние между модами определяется из соотношения:  где  - длина волныизлучаемого света;L – длина резонатора Фабри-Перо; n – показатель преломления среды усиления. Ширину спектра моды резонатора (Δλm) можно определить из соотношения:   где добротность резонатора на центральной моде l0 определяется из соотношения:  где R - коэффициент отражения зеркал одинаковы и равен  Следовательно:  Если принять показатель преломления среды усиленияn = 15,3 получим:  Примечание:из конспектов типичное значение  , но при данном значении равенство приведенное выше не выполняется. Вопрос: ЧЯДНТ??? 4. Определить величину фототока в ЛФД с внутренней квантовой эффективностью η=0.87 и коэффициентом лавинного умножения М=10, если уровень сигнала на выходе передатчика ps=0дБм, а затухание линии связи (между точками S и R) на рабочей длине волны λ=1.55 мкм составляет 27 дБ. Дано λ=1.55мкм η=0.87 М=10 ps=0дБм а=27 дБ Решение Чувствительность фотодиода зависит от его типа и может быть определена по формулам: - для ЛФД:   где  – заряд электрона; – постоянная Планка; – скорость света. Фототок находится по формуле:   где Рin – мощность, падающая в зрачок фотодиода.   5. Две длины волны – 0.85 мкм и 1.38 мкм падают на дифракционную решетку, с периодом 10 мкм, находящуюся на расстоянии 1 см от экрана. Определить, на каком расстоянии друг от друга будут расположены максимумы 1-го порядка. Расстояние между максимумами  можно выразить из формулы:  где  Углы φ1 и φ2, соответствующие максимумам 1-го порядка длин волн λ1 и λ2,    и рассчитать затем угловую дисперсию, как:   |