Розширення імпульсу в одномодовому волокні викликане дисперсією хвилеводу і матеріалу. Коефіцієнти матеріальної і хвилевідної дисперсій для хвилі завдовжки 1,55 мкм відповідно складають Ммат = –20 пс/(нм×км) і Мхв = 4,5 пс/(нм×км). Маючи протилежні знаки, два види дисперсії частково компенсують один одного,×що дає значення результуючої дисперсії Мсум = 20 – 4,5 = 15,5 пс/(нм×км).

Потрібно використовувати одномодовий (з однією поздовжньою й однією поперечною модами) лазерний діод із InGaAs, що працює на хвилі довжиною 1,55 мкм, оскільки його діаграма спрямованості випромінювання подібна до розподілу поля моди, що поширюється по одномодовому волокну. Ширина лінії випромінювання лазера має бути достатньо вузькою, щоб мінімізувати спотворення імпульсу при поширенні. Використовуємо лазерний діод, що має ширину спектра 0,15 нм і час наростання 1 нс. При цьому загальне розширення імпульсу у волокні Dt = LMсумDl = 100(15,5)(0,15) = 233 пс = 0,23 нс. Відповідно до рівняння (14.7) ця величина є також часом наростання волокна. Добре, що tв = 0,23 нс становить малу частку від бюджету часу наростання системи (1,75 нс).

Відзначимо, що світлодіод не може бути застосований з ряду причин. По-перше, якісні СД, що випромінюють в області 1,3 .1,55 мкм, мають ширину спектра приблизно 50 нм. Значення розширення у волокні при цьому було б 100(15,5)(50) = 77,5×103 пс = 77,5 нс, що неприпустимо для проектованої системи. По-друге, світлодіод випромінює в дуже широкому куті і тому ефективність вводу світла в “низькоапертурне” одномодове волокно буде поганою. Для системи далекого зв'язку потрібно ввести у волокно якомога більшу потужність.

Обчислимо час наростання, що відводиться на фотоприймач. Із співвідношення

При таких високих частотах важливо, щоб ємність фотодіоду була якомога меншою. Це дає змогу використовувати більший опір навантаження, що поліпшує чутливість приймального пристрою, якщо тепловий шум є основним обмежуючим чутливість чинником. Світлочутлива поверхня фотоприймача збирає світло, випромінюване з торця волокна. Оскільки діаметр серцевини одномодового волоконного світловоду малий, то й активна площадка приймача також може бути малою, що мінімізує його ємність Cд. Припустимо, що є фотоприймач із Cд = 1 пФ і часом наростання, обмеженим часом прольоту tпр = 0,5 нс. Обмежений схемою час наростання відповідно становить . Результуючий час наростання фото діода . (5.4)

При використанні tпр = 0,5 нс і tф = 1,41 нс знаходимо, що tRC = 1,3 нс. За цих умов результуюче максимальне значення опору навантаження. Таблиця 5.1 – Результати розрахунку бюджету часу наростання

Якщо використовується високо- або трансімпедансний вхідний каскад, то номінал опору навантаження може бути збільшений. У таблиці 5.1 зведені результати обчислення часу наростання. На цьому розрахунок бюджету часу наростання завершений. Використання довжини хвилі 1,55 мкм і лазерного діода з вузькою шириною спектра дало змогу розробити систему, у якій волокно практично не обмежує загальну ширину смуги пропускання системи.

6 Разработка программы моделирования

энергетических соотношений ВОЛП

Разработанная программа «POWER FOTL» предназначена для моделирования цифровых ВОСП в процессе курсового и дипломного проектирования. Программа написана на алгоритмическом языке Delphi 6.0. Разработка проводилась на IBM PC в среде операционной системы Windows XP Professional.

6.1 Алгоритм расчёта программы «POWER-FOTL»

Структурная схема ВОЛП совмещенная с функциональной схемой программы «POWER-FOTL» приведена на рис. 6.1. Исследуемая линия передачи моделируется четырьмя последовательно включенными устройствами: электро/оптическим (ЭОП), оптико-оптическим (ООП), опто/электрическим (ОЭП) и электро-электрическим (ЭЭП) преобразователями. Они соответственно представляют: 1) источник излучения (ИИ) – свето (СД), суперлюминисцентный (СЛД) или лазерный (ЛД) диод, управляемый усилителем накачки; 2) оптическое волокно (ОВ) одно– (ОМ) либо многомодовое (ММ) со ступенчатым (СОВ) или градиентным (ГОВ) профилем показателя преломления; 3) приемник излучения (ПИ) – фотодиод (ФД) p-i-n- либо лавинного (ЛФД) типа; 4) сигнальный процессор (СП).

Функциональные схемы и расчетные соотношения для основных компонентов ВОЛП приведены в табл. 6.1.

1. Для ЭОП (табл. 6.1, строка 1) приняты следующие обозначения: Uвх, Iвх, Pэ вх – напряжение, сила тока и мощность электрического модулирующего сигнала на входе; Rр(Вт/А) = DРо вх(Вт)/DIвх(А), rр(дБ) = 20lg[Rр(Вт/А)/1 Вт/А] – дифференциальный ваттовый отклик* ЭОП с учетом эффективности ввода мощности света в оптическое волокно, где DРо вх – приращение оптической мощности на выходном оптическом полюсе ЭОП, вызванное приращением электрического тока DIвх на его входном электрическом полюсе. Индексы «э» и «о» указывают на принадлежность параметра к электрической и оптической областям спектра соответственно. Наряду с абсолютными единицами измерения (А, В, Вт) используем логарифмические – дБм, дБ. Символы физических величин, выраженных в абсолютных единицах, будем обозначать прописными, а в относительных единицах – строчными буквами.

2. ООП (табл. 6.1, строка 2) характеризуются коэффициентом передачи мощности Ко = Ро вых(Вт)/Ро вх(Вт) , kо(дБ) = ро вых(дБм) – ро вх(дБм), где Ро вх и Ро вых – средние значения мощности оптического излучения на входе и выходе соответственно. Для активного ООП, например, оптического усилителя Ко > 1 (kо > 0 дБ), в то время как для пассивного (оптическое волокно, соединитель, аттенюатор, вентиль и др.) Ко < 1 (kо < 0 дБ). При известных коэффициенте затухания a кварцевого ОВ (основной тип ООП) и его длине l(км) находим kо(дБ) = a(дБ/км)l(км).