Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska."— Zapis prezentacji:

1 Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska

2 Porządek zajęć: Przypomnienie Złącza rozłączalne Złącza stałe

3 Wzmacniacze optyczne półprzewodnikowe światłowodowe Ramana Brillouina

4 Wzmacniacze optyczne – zalety Większa prostota i mniejsze wymiary w porównaniu z tradycyjnymi regeneratorami Mniejszy pobór mocy Możliwość: zwiększenia szybkości transmisji, zmiany długości fali nośnej, użycia dodatkowych fal nośnych Możliwość równoczesnej transmisji w obu kierunkach Są optycznie przezroczyste Możliwość równoczesnego wzmocnienia kilku kanałów komunikacyjnych

5 Wzmacniacze optyczne – wady Mniejsze efektywne wzmocnienie niż w regeneratorach Fale odbite mogą powodować niestabilność systemu Szumy własne Przesłuchy między kanałowe Własne zniekształcenia w widmie sygnału

6 Wzmacniacze półprzewodnikowy wykorzystują struktury podobne do struktur laserów półprzewodnikowych. Funkcja wzmocnienia realizowana jest poprzez wzbudzanie poziomów energetycznych materiału– emisja wymuszona. Konstrukcja wzmacniacza powinna eliminować efekty laserowania. Wzmacniacz półprzewodnikowy są pompowane elektrycznie. Stosowane przede wszystkim w II oknie ( nm). Wzmacniacze półprzewodnikowe – SOA (ang. Semiconductor Optical Amplifier)

7 - zależność wzmocnienia od polaryzacji sygnału, wrażliwość na polaryzację 3dB (maksymalne zmiany wzmocnienia spowodowane zmianami polaryzacji sygnału wejściowego) - straty związane ze sprzężeniem - relatywnie wysoki poziom szumów (współczynnik szumów 6dB) - wąskie pasmo przepustowe - duża wrażliwość na zmiany temperatury i prądu zasilania + niska cena + duże wartości wzmocnienia (20dB) Wzmacniacze półprzewodnikowe

8 Wzmacniacze światłowodowe ośrodek wzmacniający światło to odpowiednio domieszkowany i pompowany optycznie światłowód REDFA (Rare Earth Doped Fiber Amplifier) środkowa długość fali i wzmocnienie zależą od rodzaju domieszki erb, prazeodym, tulen, neodym, holm itd. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) – pasmo O PDFA (Praseodymium Doped Fiber Amplifier) – pasmo S TDFA (Thulium Doped Fiber Amplifier) – pasmo C i L mogą być dołączone do linii z bardzo małymi stratami na sprzężenie

9 Brak zależności wzmocnienia od polaryzacji sygnału Brak przesłuchu przy wzmacnianiu wielu sygnałów na różnych długościach fal (WDM) Eliminacja odbić (izolatory) Mały współczynnik szumów Szerokie pasmo - 40 nm Duże wzmocnienie - 30 do 40 dB Wzmacniacze światłowodowe – zalety

10 Wzmacniacze światłowodowe, przeznaczone dla sieci o dużym zasięgu pracują jako: wzmacniacze mocy wzmacniające bezpośrednio sygnał generowany z nadajnika. Jest to zwłaszcza istotne w sieciach rozgałęzionych; wzmacniacze liniowe, rozmieszczane co 80  150km w linii; stopnie wejściowe odbiorników, poprawiające stosunek sygnał- szum na wejściu odbiornika. Wzmacniacz światłowodowy

11 Wzmacniacz TDFA włókna optyczne wykonane na bazie szkła fluorkowego domieszkowanego tulenem. W zakresie długości fal nm uzyskano wzmocnienie 25dB oraz współczynnik szumów na poziomie 6dB.

12 Wzmacniacz EDFA Wzmacniacz EDFA składa się z: lasera półprzewodnikowego (generującego tzw. sygnał pompujący) odcinka włókna domieszkowanego jonami erbu Zasada działania: Działanie wzmacniacza wykorzystuje zjawisko emisji wymuszonej. Sygnał z lasera pompującego o długości fali 1,48  m lub 0,98  m wzbudza atomy erbu do wyższych stanów energetycznych. Następnie przechodzą one do stanu tzw. metastabilnego. Przejście to jest niepromieniste, czyli nie wytwarza się podczas niego promieniowanie. Gdy pojawi się sygnał transmitowany o długości średniej 1,55  m następuje emisja wymuszona. Jej istotną cechą jest to, że sygnał wymuszony jest w fazie z sygnałem wymuszającym i ma ten sam kierunek. Tak więc, gdy osłabiony sygnał optyczny pojawi się na wejściu wzmacniacza, wówczas wzbudzone atomy erbu wzmacniają go, przekazując mu swą energię.

13 Wzmacniacz EDFA - pompa Sygnał pompujący: 980 nm – pozwala osiągnąć mniejsze szumy wzmacniacza 1480 nm – umożliwia większego wzmocnienia Mogą pracować w układzie współbieżnym, przeciwbieżnym, pompowanie jednoczesne w obu kierunkach

14 Wzmacniacz światłowodowy EDFA Źródło: wykłady S.Pateli

15 Wzmacniacz światłowodowy EDFA Izolator powoduje, że sygnał przesyłany jest tylko w jednym kierunku. Tłumi on więc sygnały wstecznie odbite lub rozproszone, które docierając do nadajnika powodowałyby istotne zakłócenia jego pracy.

16 Wzmocnienie zależy od: koncentracji jonów domieszki, średnicy rdzenia, mocy pompy i długości wzmacniacza. Dla pasma C (1530 ÷ 1560 nm) długość włókna aktywnego wynosi kilka metrów. Dla pasma L (1560 ÷ 1625 nm) długość światłowodu domieszkowanego erbem przekracza 100m. Wzmocnienie – kilkaset mW, kilkustopniowe nawet kilka W Wzmacniacz światłowodowy EDFA

17 WADA: Szum wzmocnionej emisji spontanicznej Amplified Spontaneous Emission (ASE) 4-6 dB wzmocnienie nie jest stałe w paśmie C,L lub całym paśmie C+L. Maksymalne wzmocnienie przypada dla =1530nm, następnie monotonicznie maleje. Wzmacniacz światłowodowy EDFA

18 Wzmacniacz EDFA Parametry typowego wzmacniacza EDFA: długość ośrodka wzmacniającego 5-30 m (pasmo C) lub m (pasmo L) pasmo pracy – C ( nm) oraz L ( nm) wzmocnienie – dB (a nawet 50 dB) moc wyjściowa – 15 dBm (jednostopniowy), 23 dBm (dwustopniowy) nasycenie wzmocnienia, moc nasycenia (punkt pracy wzmacniacza) poziom szumów – 3.5 dB zależność polaryzacyjna – 0.5 dB

19 Wzmacniacz EDFA P out – moc wyjściowa, P ASE – moc wzmocnionej emisji spontanicznej, P S - moc wzmocnionej emisji spontanicznej Zmiany w kształcie charakterystyki G( ): - domieszkowanie dodatkowymi składnikami (Al 2 O 3, Ge 2 O 3, P 2 O 5 ) - zastosowanie odpowiednich filtrów (np. siatek Bragga)

20

21 Wzmocnienie wzmacniacza EDFA zależy od: długości aktywnego światłowodu mocy pompy optycznej Wzmocnienie rośnie wraz z długością światłowodu aktywnego, ale od pewnej długości rosną również szumy wzmacniacza.

22 Wzmacniacz EDFA Źródło: J.Siuzdak: Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej, WKŁ 1997

23 Wzmacniacz EDFA Źródło: J.Siuzdak: Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej, WKŁ 1997

24 Wzmacniacz EDFA Źródło: materiały dydaktyczne Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW

25 Wzmacniacza optyczne Jedną z metod rozwiązania tego problemu jest zastosowanie dodatkowego wzmacniacz wykorzystującego tzw. wymuszone rozpraszanie Ramana

26 Wymuszone rozpraszanie Ramana Jest efektem oddziaływanie światła i wibracji molekularnych SiO2 Wokół wyjściowej częstotliwości promieniowania powstają prążki boczne, oddzielone od prążka głównego o częstotliwość równą częstotliwości drgań molekuł Prażek o niższej częstotliwości to fala Stokesa, o wyższej anty Stokesa Fala Stokesa jest o wiele silniejsza od fali anty- Stokesa

27 Wymuszone rozpraszanie Ramana Jeżeli do ośrodka w którym zachodzi rozpraszanie Ramana wprowadzone zostaną dwie fale, których częstotliwości różnią się o częstotliwość Stokesa, to moc fali o niższej częstotliwości (tzw. fali sondującej) będzie rosła kosztem mocy fali o częstotliwości wyższej (pompy).

28 Wymuszone rozpraszanie Ramana w światłowodzie, które powoduje przenoszenie energii z pompy optycznej do sygnału użytecznego. Największe, użyteczne w telekomunikacji, wzmocnienie uzyskuje się dla długości fali pompy 1450 nm. Dyskretne wzmacniacze Ramana (światłowód o specjalnym profilu współczynnika załamania, najczęściej minimalizacja średnicy rdzenia) Rozłożone wzmacniacze Ramana (światłowód telekomunikacyjny o długości dziesiątek kilometrów) Wzmacniacz Ramana

29 Wzmacniacz EDFA Źródło: materiały dydaktyczne Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW

30 Wzmacniacz Ramana + szerokie pasmo pracy (można uzyskać nawet 100 nm przy użyciu kilku laserów pompujących o różnych długościach fal) + możliwość wykorzystania konwencjonalnego światłowodu - duża moc pompująca (setki mW dla DWR, 5 W i wiecej dla RWR) - niskie wzmocnienie

31 Porównanie parametrów wzmacniacza EDFA i Ramana PARAMETEREDFARAMAN ośrodek wzmacniający światłowód specjalny domieszkowany jonami erbu, 5-30 m (pasmo C) m (pasmo L) światłowód standardowy (lub nieznacznie zmodyfikowany), o długości km pasmo pracy C ( nm) L ( nm) nm (w zależności od dostępności źródeł pompujących) pasmo wzmocnienia wzmocnienie 500 GHz dBm 3 GHz dBm Pompa 1-4 pompy o mocy mW każda do 12 pomp o mocy mW każda

32 Wzmacniacz Brillouina Wykorzystuje wymuszone rozpraszanie Brillouina (oddziaływanie fal świetlnych i akustycznych w światłowodzie) Wzmacniacz Brillouina – duży współczynnik szumów, wąskie pasmo. Mogą służyć do wyboru długości fali w systemach WDM.

33 Wzmacniacze optyczne - szumy SOA: współczynnik szumów Ps – moc optyczna sygnału użytecznego, P N – moc szumów optycznych

34 Wzmacniacze optyczna – szumy EDFA: szum optyczny wzmocnionej emisji spontanicznej (ang. Amplified Spontanius Emission noise) h – stała Plancka, f – częstotliwość fotonu,  f – zakres częstotliwości w których moc optyczna jest mierzona, F – współczynnik szumów wzmacniacza EDFA

35 Wzmacniacze optyczne - szumy Dla linii transmisyjnej składającej się z: N identycznych sekcji, z których każda składa się z odcinka o tłumieniu L zakończonego wzmacniaczem o wzmocnieniu G = L i współczynniku szumów F dla  =1550nm i  f =0,1 nm

36 Zadanie 1. System transmisyjny składa się z: 1)odcinka światłowodu L 1 =80 km 2)wzmacniacza EDFA o wzmocnieniu G 1 = 20 dB i współczynniku szumów N 1 =6dB 3)Odcinka światłowodu L 2 =90 km 4)wzmacniacza EDFA o wzmocnieniu G 2 = 22 dB i współczynniku szumów N 1 =5dB 5)Filtru optycznego  f =0,1 nm dla  =1550nm 6)Moc nadajnika 2dBm 7)Tłumienie jednostkowe światłowodu (łącznie ze spawami)  = 0,27dB/km 8)OSNR wy = ?

37 Zadanie 1. Moc sygnału P S na wyjściu toru: Moc szumu P N1 z pierwszego wzmacniacza na wyjściu toru: Moc szumu P N2 z drugiego wzmacniacza na wyjściu toru:

38 Zadanie 1.

39 Światłowody do domu

40 Inne elementy światłowodowe soczewki złącza modulatory elementy polaryzacyjne cyrkulatory optyczne multi- i demultipleksery filtry optyczne elementy przełączające

41 Soczewki światłowodowe bieg promieni zmieniany jest poprzez zmienny współczynnik załamania materiału soczewki GRIN (ang. gradient index)

42 Kształtowanie kąta rozbieżności wiązki źródła światła (poprawa sprzężenia) Ogniskowanie (mała średnica plamki w ognisku) Kolimacja (wiązka równoległa) Soczewki światłowodowe

43 Złącza rozłączalne FOCIS (Fiber Optic Connector Intermateability Standard) Publikowane jako standard TIA-604-XX FOCIS 1: Biconic FOCIS 2: ST FOCIS 3: SC FOCIS 4: FC FOCIS 5: MTP/MPO FOCIS 6: Panduit FJ FOCIS 7: 3M Volition FOCIS 8: Mini-MAC (Wycofany) FOCIS 9: Mini MPO (Wycofany) FOCIS 10: Lucent LC FOCIS 11: Siecor SCDC/SCQC (jeszcze nie zatwierdzony) FOCIS 12: Siecor/Amp MT-RJ FOCIS 15: MF FOCIS 16: LSH (LX-5) Złączka MU nie poosiada na razie standardu FOCIS. Small Form Factor (SFF) Connectors

44 Wybrane złącza światłowodowe – światłowody szklane

45 Wybrane złącza światłowodowe: E-2000, E-2000 – PS, E -3000

46 Złącza rozłączalne złączki klejone pry pomocy żywic epoksydowych, utwardzane na gorąco Złączki klejone technologia HotMelt (3M) System Hot Melt™ firmy 3M pozwala na szybki montaż złączy typu ST, SC, FC, LC i E2000 na dowolnym kablu światłowodowym. Wszystkie półzłacza fabrycznie wypełnione są specjalnym klejem termotopliwym Hot Melt™. Półzłącza wyposażone są w ferule ceramiczne o dużej dokładność wykonania oraz różne kolory nasuwek ochronnych gwarantujących pełną identyfikację różnych typów półzłączy.

47 Złączki rozłączalne Złączki wstępnie zarabiane - bez kleju, bez polerowania (UniCam® cechą charakterystyczną wtyków jest to, że wewnątrz feruli posiadają umieszczony krótki odcinek włókna. Czoło feruli jest zatem fabrycznie wypolerowane i nie wymaga żadnej obróbki w miejscu instalacji. Wewnątrz obudowy wtyku, czoło włókna kabla instalacyjnego jest dosuwane do czoła fabrycznie umieszczonego w feruli włókna, po czym następuje mechaniczne i trwałe połączenie. Ze względu na to, iż wewnątrz wtyku jest fabrycznie preinstalowany odcinek w³ókna, wtyki są dedykowane dla konkretnej instalacji (SM, MM 50/125, 62,5/125). W standardzie UniCam oferowane są złącza: SC, ST, LC, FC MT-RJ

48 Złączki rozłączalne Złączki zaciskane technika bez kleju

49 Wymagania Tłumienność złączek średnio 0,15 dB max 0,3 dB ReflektacjaWiększa niż 50 dB TrwałośćMin. 100 przełączeń

50 Złącza stałe - spawane Tłumienność połączeń: 0,08 dB Reflektancja złącza: nie mniejsza niż 60dB dla 1300 nm i 1550 nm

51 Sprzęgacze gwiazdowe (sieci LAN) – równomierne rozprowadzenie sygnału optycznego (NxN) selektywne: wrażliwe na długość fali wrażliwe na polaryzację sygnału wejściowego Sprzęgacze mogą być: -czołowe -boczne

52 Sprzęgacze selektywne dzielnik (spliter) łącznik (combiner) sprzęgacz (coupler) Parametry: -stosunek podziału mocy -tłumienność odbiciowa -straty własne

53 Sprzęgacze

54

55

56 Wytwarzane w technologii optyki zintegrowanej

57 Sprzęgacze – parametry P 1 P 3 P  1 P  2 P 4 Podział mocy: Tłumienność wtrąceniowa:

58 Sprzęgacze – parametry Reflektancja: Izolacja:

59 Sprzęgacze - parametry podziału mocy 2x2: 90/10, 50/50 reflektancje i izolacje mniejsze od -40dB zależność od długości fali WDM: 0/100 dla II okna, 100/0 dla III okna

60 Multiplekser/demultiplekser Podstawowe elementy systemu WDM (Wavelength Division Multiplexing)

61 Multipleksery/demultipleksery podstawowe element systemów WDM Wykorzystują: siatki dyfrakcyjne filtry interferencyjne interferometry sprzęgacze kierunkowe

62 Multipleksery

63 Demultipleksery

64

65 Demultiplekser

66 Optyczne elementy przełączające

67

68 Filtry optyczne wydzielanie określonego kanału (WDM) za wzmacniaczami – emisja szumu ASE Strojenie: -Zmiana długości wnęki -Zmiana współczynnika załamania wnęki

69 Filtry optyczne Parametry: -szerokość połówkowa linii - zakres przestrajania, - szybkość przestrajania, tłumienność wtrąceniową, wrażliwość na stan polaryzacji, stabilność termiczną i mechaniczną -dostępny zakres widmowy -współczynnik finesse Realizacja: siatkowy (siatka dyfrakcyjna) światłowodowy filtr Bragga cienkowarstwowe filtry interferencyjne

70 Filtry optyczne filtr Fabry-Perot, – filtr Macha-Zehndera, – filtr elektro-optyczny, – filtr akusto-optyczny

71 Cyrkulator minimum 3 porty Funkcja sprzęgacza kierunkowego i izolatora Mała tłumienność wtrąceniowa, duże tłumienie fali odbitej od portu wejściowego (większe niż 50dB), kierunkowość (stosunek mocy w portach wyjściowych >50dB)

72 Cyrkulator Budowa: Ośrodek dwójłomny Rotatory Faradaya Ośrodki opóźniające fazę

73 Elementy polaryzacyjne Polaryzatory Izolatory optyczne

74 Elementy polaryzacyjne Kontrolery polaryzacji: -zwykle wykorzystuje się układ 4-5 sztuk -przetworniki piezo-, magnetooptyczne ściskające światłowód -kryształy elektrooptyczne -cewki światłowodowe -rotatory Faradaya -obrotowe płytki pół- i ćwierćfalowe

75 Modulatory amplitudy (systemy klasyczne – detekcja bezpośrednia) interferometr Mach-Zehnera fazy, częstotliwości (systemy koherentne)

76 Modulatory Modulator fazy: -wykorzystanie materiału elektrooptycznego n 1 – wyjściowa wartość współczynnika załamania, r – współczynnik elektrooptyczny, V – napięcie na elektrodach, d – odległość między elektrodami, L – długość elektrod


Pobierz ppt "Systemy telekomunikacji optycznej dr inż. Małgorzata Jędrzejewska-Szczerska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych Politechnika Gdańska."

Podobne prezentacje


Reklamy Google