Opticke telekomunikacije-Elektrotehnicki fakultet-Ispit Part2, Ispiti' predlog Telekomunikacioni inženjering. Univerzitet u Beogradu
dragana.d
dragana.d

Opticke telekomunikacije-Elektrotehnicki fakultet-Ispit Part2, Ispiti' predlog Telekomunikacioni inženjering. Univerzitet u Beogradu

PDF (3 MB)
40 str.
3broj preuzimanja
1000+broj poseta
100%od2broj ocena
Opis
Opticke telekomunikacije-Elektrotehnicki fakultet-Ispit Part2; zadaci sa resenjima;
20 poeni
poeni preuzimanja potrebni da se preuzme
ovaj dokument
preuzmi dokument
pregled3 str. / 40
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument

Elektrotehnički fakultet Beograd‚ 20. septembar 2009.

Ispit iz predmeta Optičke telekomunikacije (Ispit traje 180 minuta)

OBAVEZNO: Početak izrade svakog zadatka jasno obeležiti na početku stranice u vežbanci. Zadatke koje ne treba pregledati obeležiti oznakom X u kućici ispod rednog broja zadatka. U odgovorima koristiti pune rečenice (subjekat, predikat, objekat) napisane u skladu sa srpskim pravopisom. Pisati uredno i jasno naznačiti svaku promenu u redosledu izrade zadataka. ZADACI KOJI NE BUDU U SKLADU SA OVIM ZAHTEVIMA, NEĆE BITI PREGLEDANI. Studenti koji su zadovoljni brojem poena osvojenim na PRVOM kolokvijumu, ne rade zadatke 1 i 2, a u kućice ispod rednih brojeva 1 i 2 na naslovnoj stranici vežbanke treba da upišu oznaku K1. Studenti koji su zadovoljni brojem poena osvojenim na DRUGOM kolokvijumu, ne rade zadatke 3 i 4, a u kućice ispod rednih brojeva 3 i 4 na naslovnoj stranici vežbanke treba da upišu oznaku K2.

1 [15]. Dvojslojno optičko step-indeks vlakno nalazi se u vazduhu. Maksimalan upadni ugao (ugao prihvatanja) pod kojim će se svetlost koja pada na razdvojnu površinu vazduh-jezgro prostirati kroz vlakno u vidu kosih zraka iznosi 42°. Tokom prostiranja kroz jezgro optičkog vlakna, kosi zraci prilikom svake refleksije menjaju pravac prostiranja za 90°. Relativna razlika indeksa prelamanja Δ = 0.05, a radna talasna dužina na kojoj se vlakno koristi je 1.55 μm. a) Objasniti razliku između kosih i meridionalnih zraka [2]. b) Izračunati numeričku aperturu [3] i maksimalan ugao prihvatanja [1] za meridionalne zrake. c) Izračunati vrednosti indeksa prelamanja jezgra [1] i omotača [1] vlakna i kritičan ugao totalne refleksije [1] na razdvojnoj površini jezgro-omotač. d) Izračunati maksimalnu vrednost poluprečnika jezgra vlakna tako da za parametre određene u prethodnim tačkama, vlakno podržava prostiranje najviše 4 moda [4]. e) Za vrednost poluprečnika jezgra određenu u tački pod d) odrediti poluprečnik unutrašnje kaustike koju formiraju kosi zraci koji se prostiru pod maksimalnim upadnim uglom [2].

2 [15]. a) Navesti red veličine učestanosti nosećeg signala koja se koristi u optičkim komunikacijama [3]. b) Navesti osnovne podsisteme (komponenete) optičko-komunikacionog sistema [1] i putem blok-šeme prikazati osnovne elemente ovih podsistema [3]. c) Koji je u ovom trenutku najzastupljeniji pristup modulacije i detekcije u optičkim komunikacionim sistemima [2]? d) Navesti najzastupljeniju radnu talasnu dužinu savremenih optičko-komunikacionih sistema i u jednoj rečenici objasniti razloge za njenu dominaciju [2]. e) Koji sve uslovi moraju biti ostvareni da bi svetlost u planarnom talasovodu mogla da se prostire neprekidno, tj. da nije reč o privremenom vođenju (kao što je slučaj kod curećih i radijacionih modova) [4]?

3 [20]. Poluprovodnička laserska dioda, koja emituje na centralnoj talasnoj dužini λ0 = 1550 nm ima spektralnu širinu pojačanja σ = 36 nm i maksimalno pojačanje g(λ0) = 150 cm-1. Profil pojačanja se može aproksimirati Gauss-ovom funkcijom: ( ) = ( ) − ( − )2 Za lasersku diodu poznata su vrednosti: indeks prelamanja aktivne sredine nr = 3.3, grupni indeks prelamanja ng = 3.6, interni gubici u aktivnoj sredini αa = 30 cm-1 i talasovodnoj strukturi αc = 20 cm-1. Odnos optičke snage u jezgru prema snazi koja je lokalizovana u talasovodnoj strukturi iznosi Pa / Pwg = 0.8. Debljina aktivne oblasti laserske diode iznosi d = 0.2 μm, dok je dužina laserske šupljine L = 450 μm. Dioda se nalazi u vazduhu, ali tako da je jedna refleksiona površina idealno spregnuta (celom površinom u

potpunosti naleže) na sprežnjak sačinjen od silicijum-dioksida indeksa prelamanja n = 1.458. a) Skicirati profil pojačanja, a zatim obeležiti oblast talasnih dužina u kojoj može doći do laserskog efekta [1]. Izračunati minimalnu i maksimalnu talasnu dužinu koje određuju ovu oblast [10]. b) Polazeći od izraza za rezonantne talasne dužine, izvesti izraz na osnovu kog je moguće odrediti ukupan broj modova m koje laserska dioda podržava [3], a zatim izračunati taj broj modova [3]. c) Ako je interna kvantna efikasnost diode ηi = 0.55, izračunati diferencijalnu kvantnu efikasnost ηd [3].

4.[20] a) Navesti osnovne fizičke procese koji postoje u nekom laserskom medijumu [1]. Koji od ovih procesa je od fundamentalnog interesa za funkcionisanje svetleće diode [1], a koji za fotodiode [1]. b) Objasniti šta je to inverzna populacija u medijumu sa dva energetska nivoa [2]. c) Izvesti Einstein-ove relacije polazeći od uslova jednakosti brzina prelaza u termodinamičkoj ravnoteži [3]. d) Od čega najviše zavisi vrednost pojačanja u modelu lasera sa dva energetska nivoa i zašto [2]? e) Koja je osnovna razlika između lasera i LED sa aspekta: 1) principa rada, 2) spektralne širine linije 3) struje praga, 4) optičko strujne karakteristike (odgovoriti maksimalno sa po jednom rečenicom!) [4]. Šta je osnovna prednost, a šta mana svetlećih dioda u pogledu direktne modulacije u poređenju sa poluprovodničkim laserima [2]? Skicirati moduo amplitudsko-frekvencijske karakteristike laserske diode za dve vrednosti struje polarizacije (I1 < I2) i precizno obeležiti 3db propusne opsege [2]. f) Navesti procese (faze) na kojima se bazira rad svetlećih dioda i parametre koji definišu efikasnost ovih procesa [2].

5 [15]. Analogni TV signal, maksimalne frekvencije u spektru fm = 5 MHz i srednje snage Pm = 1 mW, intenzitetski moduliše optički nosilac, talasne dužine λ = 1550 nm i srednjeg nivoa p0 = 3 dBm. Stepen modulacije je m = 0.7. Modulisani signal prenosi se na rastojanje L = 9 km linkom „tačka-tačka“, koji je realizovan spajanjem segmenata optičkog vlakna dužine po l = 1.5 km i podužnog slabljenja 0,008 dB/100 m permanentnim spojevima, slabljenja po 0.15 dB. Slabljenje sprege izvor-vlakno iznosi 3.5 dB. Za spregu sa prijemnikom se koristi konektor slabljenja 1.2 dB. Parametri lavinskog fotodetektora su: kvantna efikasnost u uspostavljenom radnom režimu 80%, dodatni faktor šuma F(M) = M1/2. U kolo fotodetektora uključena je ekvivalentna otpornost RL = 0.25 kΩ. Širina propusnog opsega prijemnika je B = 5.2 MHz (faktor šuma FR = 1). Smatrati da je faktor konverzije detektora definisan nezavisno od faktora multiplikacije. Radna temperatura je 290 K. a) Odrediti optimalnu vrednost lavinskog pojačanja, M, tako da odnos signal-šum na prijemu bude maksimalan [7]. b) Odrediti maksimalnu vrednost odnosa signal-šum koja se ostvaruje pod uslovima iz tačke a) [3]. c) Za koliko bi se promenila vrednost odnosa signal-šum, ako bi se, pri nepromenjenim ostalim uslovima, koristilo vlakno čije je podužno slabljenje 0.07 dB/100m [5]?

6 [15]. a) Definisati koeficijent konverzije i kvantnu efikasnost fotodetektora i objasniti ove parametre [2]. Skicirati zavisnost kvantne efikasnosti od debljine apsorpcione oblasti fotodetektora [1]. b) Objasniti i definisati faktor udarne jonizacije [1] i faktor multiplikacije [1]. c) Skicirati zavisnost faktora udarne jonizacije od recipročne vrednosti električnog polja za elektrone i šupljine [2]. d) Definisati pojam kvantne granice [2]. Odrediti kvantnu granicu za slučaj zahtevane verovatnoće greške 10-6 [2]. f) Objasniti kako porast propusnog opsega kod analognog optičkog prijemnika utiče na odnos signal-šum kada su svi ostali parametri konstantni [2]. Kako se menja potrebna prijemna snaga analognog prijemnika ako je odnos signal-šum konstantan, a raste propusni opseg [2]?

REŠENJE

1.

a) OT3_opticka vlakna_09.pdf: slajdovi 3 i 4.

b) NAm = sin(αmax,s)∙cos(90°/2) = 0.4731; αmax,m = 28.24°;

c) n1 = 1.496; n2 = 1.419; θc = 71.565°;

d) Vmax = 3.832 => amax = 2 μm;

e) r = amax ∙ sin(90°/2) = 1.41 μm;

2.

a) OT1_uvod_09.pdf: slajd 8.

b) OT1_uvod_09.pdf: slajdovi 22, 24 i 26;

c) OT1_uvod_09.pdf: slajd 26

d) OT1_uvod_09.pdf: slajd 18

e) OT2_talasovodi_09.pdf: slajdovi 14 i 26.

3.

a) Na osnovu datog profila pojačanja i ukupnih gubitaka određenih pragom pojačanja gth (izračunatog za faktor konfiniranja Γ = 0.44 i refleksivnosti ogledala, R1 = 0.286 i R2 = 0.15), dobijaju se minimalna i maksimalna talasna dužina: λmin = 1532.75 nm, λmax = 1567.25 nm.

b) videti predavanja: OT5_izvori_09_deo2: slajd 22 => analognim postupkom dobija se izraz za intermodalni prostor izražen preko talasne dužine: Δλ = 2∙λ02/(2∙ng∙L) = 0.742 nm, pa je ukupan broj modova m = (λmax - λmin)/ Δλ = 46;

c) ηd = 0.3238;

4.

a) OT5_izvori_09_deo1: slajdovi 7 i 6.

b) OT5_izvori_09_deo1: slajd 16.

c) OT5_izvori_09_deo1: slajdovi 13-15.

d) OT5_izvori_09_deo1: slajd 25 => od razlike naseljenosti energetskih nivoa.

e) OT5_izvori_09_deo3: slajdovi 25, 26 i 23.

f) OT5_izvori_09_deo3.pdf: slajdovi 31 i 32.

5.

a) Ukupno slabljenje u sistemu je ( ) =+−++= csps aalLLaa 1/α 6.17 dB. Responsivnost detektora je ==ℜ hcq /λη 0.998 A/W.

Odnos signal-šum: B

R TkFBMFMqI

PIMmSNR

L

B RP

mP

02

222

4)(2 + = , gde je 10/010

a P PI

−ℜ= = 4.8213∙10-4 A.

Optimalna vrednost lavinskog pojačanja: LP

BR opt RqI

TkFM 05,2 8= = 1.66, Mopt = 1.225.

b) Maksimalna vrednost odnosa signal-šum: SNR = 102667 (50.1 dB). c) Novo slabljenje u sistemu je a' = 11.75 dB, pa je IP'= 1.334∙10-4 A, SNR' = 18658.7 (42.7 dB). Odnos signal- šum se smanjio za 7.4 dB.

6.

a) OT6_detektori_09.pdf: slajdovi 19-21.

b) OT6_detektori_09.pdf: slajdovi 15 i 16.

c) OT6_detektori_09.pdf: slajd 17.

d) OT6_detektori_09.pdf: slajdovi 30 i 31.

f) OT7_prijemnici_09.pdf: slajd 31.

nema postavljenih komentara
ovo je samo pregled
3 prikazano na 40 str.
preuzmi dokument