ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 788
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Эмпирическая частотная характеристика.Обычно индуктивность проводов входит в фактическую частотную характеристику ФД в качестве члена второго. Для его учёта частотная характеристика моделируется следующим образом: , (2.19)где fp, f0, γ - параметры, определённые пользователем опытным путем и установленные в модели как параметры pd_respfp, pd_respfo и pd_respg. Постоянные усиления или потерь могут быть также включены в передаточную характеристику установкой параметра pd_lossGain в значение, отличное от нуля.Модель усилителя фронта и параметры:Трансимпедансная частотная характеристика фронта приемника, может быть определена одним из двух различных способов, в зависимости от установки параметра fe_modeltype: defined - фронт характеризуется просто предельным значением для трансимпеданса ZT, низкочастотного нуля f и значения высокой частоты f0 в передаточной характеристике. Полная реакция (передаточная характеристика) записывается: (2.20)Второй способ моделирования частотной характеристики усилителясостоит в использовании файла данных. Имя файла определяется в параметре fe_filename. Этот файл должен иметь формат, состоящий из трех колонок, которые определяют частоту (Гц), вещественную часть (Ом) и. мнимую часть (Ом) соответственно. Самая первая линия определяет общее число точек данных.Модель полосового фильтра и параметры:Полосовой фильтр модулирующих частот используется в приемнике для придания формы глаза и шумового ограничения. Поддерживаются следующие типы фильтров: низких частот (LP), высоких частот (HP), полосовые (ВР), фильтры Баттерворта, Чебышева и Бесселя. Обычно используют наиболее распространённые: фильтры LP и Бесселя 4-го порядка.Параметры шума предварительного усилителя:Параметры шума предварительного усилителя определяют тепловой шум в приёмной части в форме разложения в ряд по мощности. Общая мощность шума на входе на единицу ширины диапазона (Гц) записывается: . (2.21)Параметры приёмника, определяемые пользователем.Параметры фотодетектора.Pd_modeltype: тип модели частотной характеристики.Pd_loadResistance: сопротивление нагрузки.Pd_seriesResistance: сопротивление ряда.
Pd_deviceCapacitance: ёмкость прибора.Pd_layerThickness: толщина активной области.Pd_electronVelocity: скорость насыщения электронов.Pd_holeVelocity: сечение скорости насыщения.Pd_absorptionCoeff: коэффициент поглощения.Pd_reflectivity: отражающая способность фотодиода.Pd_quantumEff: квантовая эффективность.Pd_Qemethod: метод определения квантовой эффективности.Pd_lossGain: усиление или потеря реакции фото детектора.Pd_darkCurrent: темновой ток.Pd_respfp: паразитическая частота эмпирической частотной характеристики.Pd_respfo: резонансная частота эмпирической частотной характеристики.Pd_respg: γ эмпирической частотной характеристики.Pd_APD_Multiplier: значение множителя APD (1.0 для PIN - детектора).Pd_ionizationCoef: коэффициент ионизации APD (1.0 для PIN - детектора).Pd_detect: использовать модель PD.Параметры для усилителя фронта:Fe_modeltype: тип модели для фронтальной части.Fe_filename: имя файла данных.Fe_tZ: трансимпеданс.Fe_zero: нулевая точка низкой частоты.Fe_pole: значение высокой частоты.Параметры для полосового фильтра:Fit_type: тип фильтра.Fit_bandwidth: фильтр с шириной диапазона 3dB.Fit_geonietricCenter: центральная частота для полосового фильтра.Fit_order: порядок фильтра.Fit_JossGain: усиление или потеря фильтра.Fit_passbandRipple: размывание полосы пропускания для фильтра Чебышева.Fit_dcOffset: для фильтра Чебышева.Fit_bandedge: для фильтра Чебышева.Параметры для реакции шума приемника:N_а0, N_a2, N_a4, N_a6: коэффициенты ряда Тейлора.Сейчас рассмотрим параметры, влияющие на форму сигнала, передаваемого линией связи.Рассмотрим основные характеристики оптических потерь волокна.При распространении оптического сигнала внутри волокна происходит его экспоненциальное затухание, вызванное потерей мощности Р и обусловленное различными линейными и нелинейными механизмами взаимодействия световых волн/частиц со средой волокна. Основными из них являются механизмы поглощения и рассеяния. Закон затухания имеет общий вид
P = P0exp(-αL), (2.22)где Р0 - мощность, вводимая в волокно, L - длина волокна, α - постоянная затухания, или потери в волокне. Используя эту формулу, можно получить выражение для оценки удельных потерь αуп в дБ/кмαуп = -(10 /L)·lg(P/P0) = 4,343α (2.23)Типичный характер зависимости удельных потерь от длины волны (в диапазоне волн, используемых в ВОЛС: 0,7-1,6 мкм) и типа волокна приведен на рис. 2.Характер зависимости общей функции потерь Lп(λ) можно представить как композицию трех основных составляющих:Lп(λ) = αpp(λ) + αпп(λ) + αми(n) (2.24)Первая составляющая αpp характеризует потери от релеевского рассеяния, вторая αпп - потери от поглощения примесями, третья αми - потери от изгибов и других механических микро- и макропричин.Рис. 2. Зависимость потерь в волокне от длины волныОсновные характеристики искажений оптического сигналаОптический сигнал, распространяясь по волокну, не только затухает, но и искажается за счет естественной дисперсии различного рода (линейные искажения), вызывающей уширение импульсов, а также нелинейных эффектов, основные из которых вызваны нелинейным преломлением и генерацией третьей гармоники (нелинейные искажения).ДисперсияПод дисперсией в оптике понимают зависимость фазовой скорости световых волн VФ от частоты. Это же относится и к показателю преломления n, n=n(ω). В этом смысле дисперсия в объемной среде единственна и носит в оптике название хроматической дисперсии, подчеркивая факт разложения света на составляющие в хроматический спектр. Дисперсия называется нормальной (или положительной), если n увеличивается с увеличением частоты ω, и аномальной (или отрицательной), если n уменьшается с увеличением ω. Зависимость фазовой скорости от ω (или λ.) для нормальной и аномальной дисперсий - обратная. Понятие "дисперсия" в световоде уже не единственно и приходится различать три ее вида:
хроматической дисперсии только тем, что она соответствует волноводной (а не объемной) среде;
r = с/nr (здесь nr - групповой показатель преломления), а квадратичньй член, или параметр β2 характеризует собственно дисперсию группошх скоростей ДГС в волокне,имеющую размерность [пс2/км]. Она и определяет уширение импульса. Интересно отметить, что в диапазоне длин волн 500-1600 нм β2 почти линейно уменьшается от +70 до -40 [пс2/км], см. рис. 3, принимая нулевое значение на длине волны примерно 1270 нм. Эта длина волны λод называется длиной волны нулевой дисперсии для объемной среды. Для оптоволокна эта длина волны сдвигается до значения порядка 1312 нм, чем и объясняется использование источников излучения 1310 нм для одномодового оптоволокна. Для одномодового кварцевого волокна ДГС положительна для λ< 1312 нм и отрицательна для λ> 1312 нм, а в окрестности λ=13I2 нм она нулевая.Рис. 3. Зависимость дисперсии кварцевого стекла от длины волныИз описанного ясно, что для уменьшения материальной дисперсии нужно, с одной стороны, переходить при выборе источников от оптических источников типа СИД к ЛД, а при выборе волокна от ММ к ОМ волокну. С другой стороны, необходимо переходить от источников с длинами волн порядка 850 нм к длинам волн порядка 1310 нм для использования эффекта нулевой дисперсии.Волноводная дисперсияДисперсия реальных световодов отличается от дисперсии объемной среды наличием волноводной структуры, изменяющей эффективный показатель преломления моды. В результате появляется особая волноводнаясоставляющая дисперсии, которая складывается определенным образом с дисперсией материала, формируя результирующую дисперсию. Вклад волноводной дисперсии зависит от радиуса сердцевины, разности показателей преломления сердцевины и оболочки и числа оболочек Для описания дисперсии в световоде с учетом ее волноводной составляющей вместо параметра β2 используется дисперсионный параметр D:D = -2 π с β2 / λ2 , (2.26)Во избежание путаницы, возникающей при чтении ряда публикаций, нужно помнить, что для оптических волокон в справочниках в качестве дисперсионной характеристики приводят зависимость именно этого параметра D, имеющего размерность [пс/км/нм], а не [пс2/км], и знак противоположный знаку дисперсии групповых скоростей. Поэтому и наклон зависимости дисперсионного параметра D от β
Pd_deviceCapacitance: ёмкость прибора.Pd_layerThickness: толщина активной области.Pd_electronVelocity: скорость насыщения электронов.Pd_holeVelocity: сечение скорости насыщения.Pd_absorptionCoeff: коэффициент поглощения.Pd_reflectivity: отражающая способность фотодиода.Pd_quantumEff: квантовая эффективность.Pd_Qemethod: метод определения квантовой эффективности.Pd_lossGain: усиление или потеря реакции фото детектора.Pd_darkCurrent: темновой ток.Pd_respfp: паразитическая частота эмпирической частотной характеристики.Pd_respfo: резонансная частота эмпирической частотной характеристики.Pd_respg: γ эмпирической частотной характеристики.Pd_APD_Multiplier: значение множителя APD (1.0 для PIN - детектора).Pd_ionizationCoef: коэффициент ионизации APD (1.0 для PIN - детектора).Pd_detect: использовать модель PD.Параметры для усилителя фронта:Fe_modeltype: тип модели для фронтальной части.Fe_filename: имя файла данных.Fe_tZ: трансимпеданс.Fe_zero: нулевая точка низкой частоты.Fe_pole: значение высокой частоты.Параметры для полосового фильтра:Fit_type: тип фильтра.Fit_bandwidth: фильтр с шириной диапазона 3dB.Fit_geonietricCenter: центральная частота для полосового фильтра.Fit_order: порядок фильтра.Fit_JossGain: усиление или потеря фильтра.Fit_passbandRipple: размывание полосы пропускания для фильтра Чебышева.Fit_dcOffset: для фильтра Чебышева.Fit_bandedge: для фильтра Чебышева.Параметры для реакции шума приемника:N_а0, N_a2, N_a4, N_a6: коэффициенты ряда Тейлора.Сейчас рассмотрим параметры, влияющие на форму сигнала, передаваемого линией связи.Рассмотрим основные характеристики оптических потерь волокна.При распространении оптического сигнала внутри волокна происходит его экспоненциальное затухание, вызванное потерей мощности Р и обусловленное различными линейными и нелинейными механизмами взаимодействия световых волн/частиц со средой волокна. Основными из них являются механизмы поглощения и рассеяния. Закон затухания имеет общий вид
P = P0exp(-αL), (2.22)где Р0 - мощность, вводимая в волокно, L - длина волокна, α - постоянная затухания, или потери в волокне. Используя эту формулу, можно получить выражение для оценки удельных потерь αуп в дБ/кмαуп = -(10 /L)·lg(P/P0) = 4,343α (2.23)Типичный характер зависимости удельных потерь от длины волны (в диапазоне волн, используемых в ВОЛС: 0,7-1,6 мкм) и типа волокна приведен на рис. 2.Характер зависимости общей функции потерь Lп(λ) можно представить как композицию трех основных составляющих:Lп(λ) = αpp(λ) + αпп(λ) + αми(n) (2.24)Первая составляющая αpp характеризует потери от релеевского рассеяния, вторая αпп - потери от поглощения примесями, третья αми - потери от изгибов и других механических микро- и макропричин.Рис. 2. Зависимость потерь в волокне от длины волныОсновные характеристики искажений оптического сигналаОптический сигнал, распространяясь по волокну, не только затухает, но и искажается за счет естественной дисперсии различного рода (линейные искажения), вызывающей уширение импульсов, а также нелинейных эффектов, основные из которых вызваны нелинейным преломлением и генерацией третьей гармоники (нелинейные искажения).ДисперсияПод дисперсией в оптике понимают зависимость фазовой скорости световых волн VФ от частоты. Это же относится и к показателю преломления n, n=n(ω). В этом смысле дисперсия в объемной среде единственна и носит в оптике название хроматической дисперсии, подчеркивая факт разложения света на составляющие в хроматический спектр. Дисперсия называется нормальной (или положительной), если n увеличивается с увеличением частоты ω, и аномальной (или отрицательной), если n уменьшается с увеличением ω. Зависимость фазовой скорости от ω (или λ.) для нормальной и аномальной дисперсий - обратная. Понятие "дисперсия" в световоде уже не единственно и приходится различать три ее вида:
-
модовая дисперсия - дисперсия, существующая только в многомодовом волокне и вызванная различной скоростью распространения в световоде лучей разных мод, достигающих выхода в разное время, что приводит к уширению входного импульса; -
материальная дисперсия - дисперсия собственно материала световода, существующая независимо от типа волокна (ММ или ОМ) и отличающаяся от
хроматической дисперсии только тем, что она соответствует волноводной (а не объемной) среде;
-
волноводная дисперсия - дисперсия, существующая в так называемой волноводной среде, сформированной по меньшей мере двумя средами (в нашем случае сердцевиной и оболочкой).
-
уменьшением диаметра сердцевины dc; -
изменением профиля показателя преломления (как было описано выше для компенсации модовой дисперсии), т.е. использованием многомодового волокна с плавно изменяемым показателем преломления. В настоящее время многомодовые волокна такого типа используются достаточно широко (часто их называют градиентными).
r = с/nr (здесь nr - групповой показатель преломления), а квадратичньй член, или параметр β2 характеризует собственно дисперсию группошх скоростей ДГС в волокне,имеющую размерность [пс2/км]. Она и определяет уширение импульса. Интересно отметить, что в диапазоне длин волн 500-1600 нм β2 почти линейно уменьшается от +70 до -40 [пс2/км], см. рис. 3, принимая нулевое значение на длине волны примерно 1270 нм. Эта длина волны λод называется длиной волны нулевой дисперсии для объемной среды. Для оптоволокна эта длина волны сдвигается до значения порядка 1312 нм, чем и объясняется использование источников излучения 1310 нм для одномодового оптоволокна. Для одномодового кварцевого волокна ДГС положительна для λ< 1312 нм и отрицательна для λ> 1312 нм, а в окрестности λ=13I2 нм она нулевая.Рис. 3. Зависимость дисперсии кварцевого стекла от длины волныИз описанного ясно, что для уменьшения материальной дисперсии нужно, с одной стороны, переходить при выборе источников от оптических источников типа СИД к ЛД, а при выборе волокна от ММ к ОМ волокну. С другой стороны, необходимо переходить от источников с длинами волн порядка 850 нм к длинам волн порядка 1310 нм для использования эффекта нулевой дисперсии.Волноводная дисперсияДисперсия реальных световодов отличается от дисперсии объемной среды наличием волноводной структуры, изменяющей эффективный показатель преломления моды. В результате появляется особая волноводнаясоставляющая дисперсии, которая складывается определенным образом с дисперсией материала, формируя результирующую дисперсию. Вклад волноводной дисперсии зависит от радиуса сердцевины, разности показателей преломления сердцевины и оболочки и числа оболочек Для описания дисперсии в световоде с учетом ее волноводной составляющей вместо параметра β2 используется дисперсионный параметр D:D = -2 π с β2 / λ2 , (2.26)Во избежание путаницы, возникающей при чтении ряда публикаций, нужно помнить, что для оптических волокон в справочниках в качестве дисперсионной характеристики приводят зависимость именно этого параметра D, имеющего размерность [пс/км/нм], а не [пс2/км], и знак противоположный знаку дисперсии групповых скоростей. Поэтому и наклон зависимости дисперсионного параметра D от β