2C/1L Optoelectronică OPTO Minim 7 prezente curs + laborator Curs - conf. Radu Damian

Transcriere

1 Curs 5 018/019

2 C/1L Optoelectronică OPTO Minim 7 prezente curs + laborator Curs - conf. Radu Damian an IV μe Vineri 8-11, P5 E 70% din nota 0% test la curs, saptamana ora probleme + (p prez. curs) + (3 teste) + (bonus activitate) toate materialele permise Laborator sl. Daniel Matasaru an IV μe Marti Joi 8-1 par/impar L 30% din nota (+Caiet de laborator)

3 Curs Vineri 8-11, P5 C 3C 14*/ C

4 Irinel Casian-Botez, "Structuri Optoelectronice", Ed. "CANOVA", Iasi 001, ISBN Behzad Razavi Design of Integrated Circuits for Optical Communications, Mc Graw Hill IBM - Understanding Optical Communications: on-line Radu Damian, I Casian, D Matăsaru - Comunicatii Optice, Indrumar de laborator, 005

5

6 db = 10 log 10 (P / P 1 ) dbm = 10 log 10 (P / 1 mw) 0 db = db = 1.03 (+.3%) + 3 db = + 5 db = db = 10-3 db = db = db = db = dbm = 1 mw 3 dbm = mw 5 dbm = 3 mw 10 dbm = 10 mw 0 dbm = 100 mw -3 dbm = 0.5 mw -10 dbm = 100 W -30 dbm = 1 W -60 dbm = 1 nw [dbm] + [db] = [dbm] [dbm/hz] + [db] = [dbm/hz] [x] + [db] = [x]

7 Pierderi Pierderi Pierderi P out P in out db 10log 10 Pin db P dbm P dbm out P in Atenuare db/km Pierderi[dB] lungime[km ]

8

9 Capitolul 4

10 Optical fibers un ghid de unda dielectric miez teaca Tube Strain relief (e.g., Kevlar) Inner jacket Sheath Outer jacket

11 n Unghi de acceptanta 0 sin ACC n Apertura numerica NA n0 sin NA n n ACC n sin 1 n n1 n c n miez n 1 teaca n > n 1!!

12 Monomod Multimod cu salt de indice cu indice gradat

13 Frecventa normalizata a V NA k a NA Numar de moduri a - raza miezului k L m L N V g g

14 Fibre monomod b coeficient de propagare modal relativ C a V Exemplu: a = 8.5μm NA = 0.11 C V V C.405 exista un singur mod (solutii fc. Bessel) C a NA nm.405 NA

15 Propagarea luminii poate fi explicata doar prin teoria electromagnetica Energia campului se extinde in teaca (diametrul efectiv al spotului luminos MFD, Mode Field Diameter) MFD > a Adancimea de patrundere in teaca depinde de lungimea de unda, generand dispersia de ghid

16 Cat de departe pot transmite semnalul luminos pe fibra atenuare Cat de rapid pot transmite informația dispersie

17 Macrocurburi utilizator, localizat, db Discontinuitate in fibra utilizator, localizat, db Microcurburi distribuit, tehnologie, db/km Imprastiere distribuit, tehnologie, db/km Absorbtie distribuit, material, db/km A i db A db i db A db / km Lkm A i

18 distribuit, material, db/km db A db / km Lkm A i

19 Absorbtie 950nm 144nm 1383nm Apa!

20 Stimulated Brillouin Scattering, SBC difractia luminii inspre emitator datorita undelor mecano-acustice generate in fibra 6-10 dbm Stimulated Raman Scattering, SRS interactiunea luminii cu vibratiile moleculare 7 dbm (~1W) Self Phase Modulation, SPM Frontiera impulsului implica indice de refractie variabil in timp moduland faza impulsului 5 dbm Cross Phase Modulation, CPM Four-Wave Mixing, FWM 0 dbm

21 NL 1 N 3 N N =, NL = 4 N = 3, NL = 9 N = 16, NL = 190

22

23 Cat de departe pot transmite semnalul luminos pe fibra atenuare Cat de rapid pot transmite informația dispersie

24 Propagarea cu viteze diferite a radiatiilor cu trasee/lungimi de unda diferite intermodala (modala depinde de prezenta modurilor) intramodala (cromatica depinde de lungimea de unda) de material de ghid

25

26 v L t 0 C C v L t cos n c v NA cos C 1 0 n n n c n L t t t C SI c n L t t t C SI n n n 0 NA n c L t t t C SI

27 salt de indice Ln n n 1 L NA dt c n 1 n cn 1 dt mod 3 Ln L NA mod 3 c 4 3 cn indice gradat dt mod Ln L NA c 8cn Ln 4 3 c 4 3 intarzierea intre moduri cand NA n n1 1 n n miez n 1 teaca n > n 1!!

28 Mai mare la fibre multimod cu salt de indice Mai mica la fibre multimod cu indice gradat traseele mai lungi trec prin zone cu indice mai mic Inexistenta la fibrele monomod

29 SiO n gr mat dn n d L c d d n

30 Neglijabila in fibrele multimod fata de dispersia modala n L d Vb gh V c dv b constanta de propagare normalizata V V C.405

31 cr D L D( ) 0 - D(λ) (850 - λ) [ps/nm/km] pentru 800 < λ < 900 nm D(λ) 3,5 ps/nm/km S pentru 185 < λ < 1330 nm D( ) = D(λ) 17 ps/nm/km 4 pentru 155 < λ < 1575 nm = S S 0 panta dispersiei ps/nm /km D( 0 ) =

32

33 degenerarea nivelelor energetice duce la aparitia benzilor energetice Multitudinea de tranzitii posibile intre cate doua nivele situate in benzi energetice diferite duce la largirea caracteristicii spectrale a surselor 0 0 0, 0 Δ

34 0.00 nm

35 3 A A 1 +A +A 3 Δτ =Δτ 13 Impartire energie pe moduri T t T 0 T 0 +Δτ 13 +T t Recombinarea energiei modurilor A m 1,v 1 m,v A m 3,v 3 A v 1 > v > v 3 T T T t t t Transmisie cu viteze diferite v 1 > v > v 3 A 1 A A 3 T 0 T 0 +T T 0 +Δτ 1 T 0 +Δτ 1 +T T 0 +Δτ 13 T 0 +Δτ 13 +T t t t Conceptual f t g e j t d

36 3 A A 1 +A +A 3 Δτ =Δτ 13 Impartire energie pe lungimi de unda 1,v 1,v 3,v 3 v 1 > v > v 3 A A A T T T T t t t t Transmisie cu viteze diferite v 1 > v > v 3 A 1 A A 3 T 0 T 0 T 0 +Δτ 1 T 0 +T T 0 +Δτ 13 T 0 +Δτ 13 +T T 0 +Δτ 1 +T T 0 +Δτ 13 +T t Recombinarea energiei la diferite lungimi de unda t t t Efectiv f t g e j t d

37 transmisii cu viteze diferite cr D L

38 1550nm Efectul sursei fibra monomod cu dispersia latimea spectrala a sursei Δλ=1nm 50km cr D L cr 16150ps 800ps ps nmkm nmkm ps cr 100<400<800<1600

39 1550nm Efectul sursei fibra monomod cu dispersia latimea spectrala a sursei Δλ=0.1nm 50km cr D L cr ps 80ps ps nmkm nmkm ps cr <400<1600

40 Efectul fibrei fibra cu dipersie deplasata: latimea spectrala a sursei Δλ=0.1nm 50km cr D L cr ps 0ps ps nmkm nmkm ps cr 0<100<400<1600

41 Efectul fibrei fibra cu dipersie deplasata: latimea spectrala a sursei Δλ=0.1nm 150km cr D L cr ps 60ps ps nmkm nmkm ps cr 60<100<400<1600

42 efecte succesive se adună liniar 1 tot 1 efecte simultane se adună pătratic mod, cr tot cr mod

43 Dispersia modala salt de indice mod Ln L NA 3 c 4 3 cn indice gradat mod Ln L NA 4 3 c 16 3 cn NA Dispersia cromatica cr D( ) = D L S Δ tot cr mod

44 Dispersia totala tot Banda B opt cr 0.44 ns tot mod GHz sau tot 1 Banda optica la 3 db corespunde unei benzi electrice la 6 db P ~ I; P ~ I opt Viteza legaturii V el Gb/ s B GHz el Bopt B el

45 mod cr Ln L NA 3 c 4 3 cn D L tot cr mod B opt 0.44 ns tot V Gb / s GHz tot const L V const Bopt B el L Gb/ s B el Gb / s L[ km] const V

46 mod ~ L ~ cr L tot ~ L V Gb/ s~ B GHz el ~ 1 tot ~ 1 L[ km] V Gb/ s L[ km] ct. B el MHz L[ km] ct.

47 Sticla are (nativ) dispersie cromatica 0 la 1310nm Atenuarea e mai mica la 1550 nm EDFAŸ(Erbium doped fibre amplifiers) opereaza in banda 1550nm Sistemele WDM (Wavelength division Multiplexing) necestia banda larga amplificata

48 FWM

49

50 Dispersie: -100 ps/nm/km Atenuare 0.5 db/km

51 D( ) = S

52 S D( ) = - 4 3

53 Diametru teaca = 15 μm MFD = 9 10 μm la 1300 nm λ C = nm Pierderi de curbura (la 1550 nm) mai mici de 1 db pentru 100 spire de fibra rulata pe un mosor cu 7.5 cm diametru Dispersia in banda 1300 nm ( nm) mai mica de 3.5 ps/nm/km. La 1550 nm dispersia trebuie sa fie mai mica de 0 ps/nm/km Viteza de variatie a dispersiei (panta dispersiei S 0 ) mai mica de ps/nm /km ITU (International Telecommunication Union) is the United Nations specialized agency for information and communication technologies ICTs

54 Atenuare 180 db/km NA = 0.3 Diametru 1 mm Banda 15MHz (100m)

55 Capitolul 5