Optické komunikace I

Garant předmětu: prof. RNDr. Vladimír Vašínek, CSc.

Vedoucí výuky: Ing. Jakub Čubík, Ing. Jan Látal, Ing. Andrej Líner, prof. RNDr. Vladimír Vašínek, CSc.

 

Předmět představuje základní přehled o problematice optických komunikací. Je úvodním přehledovým předmětem, díky kterému se posluchači rychle zorientují v problematice mnohovidových a jednovidových vláken, laserů, LED, fotodetektorů a základů složitějších sítí. Takto sestavený předmět dovolí se orientovat v optických komunikacích také studentům bez předchozích znalostí optoelektroniky. Posluchači, kteří mají zájem o podrobnější a hlubší znalost složitějších vláknově optických sítí, sítí WDM, měření, simulace chování a pochopení klíčových problémů rychlých sítí zde naleznou potřebné základy, které jsou dále prohlubovány v navazujících kurzech.

 

Osnova předmětu

 

Přednášky:

  1. Úvod do telekomunikací a optických vláken - Telekomunikace, základní představy, spojení bod-bod, sítě, informační kapacita přenosové trasy, přechod od analogových k digitálním přenosovým systémům, místo a role optických komunikačních systémů, historie a vývoj přenosových vlastností a parametrů optických vláken, vláknově optické komunikační systémy, základní blokový diagram optického přenosu informace, stávající stav v optických systémech, budoucí vývojové trendy.
  2. Základy optických vláken 1 - Vedení světla v optických vláknech, vlákno se skokovou změnou indexu lomu jako základní optická komunikační struktura, úplný odraz na rozhraní jádra a pláště, indexy lomu jádra a pláště, mezní úhel na rozhraní jádro-plášť a mezní úhel šíření, zavedení světla do optického vlákna, příjmový kužel, numerická apertura, útlum optických vláken, ohybové ztráty, mikroohybové ztráty, rozptyl světla, absorpce světla, okna propustnosti optických vláken na SiO2, výpočet celkového útlumu optické trasy, přímá metoda měření útlumu optické trasy.
  3. Základy optických vláken 2 - Módová a chromatická disperze, pojem módu optického vlákna, počet vedených módů, fyzikální význam módů, módová disperze, mechanismus rozšíření světla ve vlákně módovou disperzí, výpočet rozšíření pulsu módovou disperzí, souvislost mezi módovou disperzí a přenosovou rychlostí optické trasy, první způsob řešení módové disperze – gradientní vlákna, základní struktura gradientních vláken, redukce módové disperze gradientními vlákny, druhé a principiální řešení módové disperze – jednomódová vlákna, struktura jednomódového vlákna, srovnání módové disperze jednotlivých typů optických vláken.
  4. Základy optických vláken 3 - Chromatická disperze, mechanismus vzniku chromatické disperze, výpočet rozšíření pulsu chromatickou disperzí, definice přenosové rychlosti a šířky pásma, souvislost přenosové rychlosti a šířky pásma, elektrická a optická šířka pásma, celková disperze a přenosová rychlost, výpočet přenosové rychlosti, specifikace přenosové rychlosti a šířky pásma výrobci optických vláken.
  5. Základy optických vláken 4 - Katalogové parametry optických vláken, všeobecné parametry, optické charakteristiky, geometrické charakteristiky optických vláken, specifikace pracovních podmínek optických vláken, mechanické charakteristiky, ostatní charakteristiky.
  6. Základy jednomódových vláken (SM vláken) 1 - Princip činnosti jednomódového vlákna, Gaussovský svazek, vliv jádra a pláště na průměr módového pole MFD, mezní vlnová délka SM vlákna, útlum SM vláken, makroohybové ztráty, mikroohybové ztráty, absorpce a rozptyl světla v SM vláknech, disperze a šířka pásma SM vláken.
  7. Základy jednomódových vláken (SM vláken) 2 - Chromatická disperze, materiálová disperze, vlnovodová disperze, konvenční vlákna, vlákna s posunutou disperzní charakteristikou, vlákna s plochou disperzní charakteristikou, polarizační módová disperze (PMD), šířka pásma a přenosová rychlost SM vlákna, katalogové parametry SM vláken, všeobecné charakteristiky, přenosové charakteristiky, MFD a mezní vlnová délka, geometrické charakteristiky, mechanické vlastnosti SM vláken.
  8. Základy zdrojů pro optické komunikace – lasery 1 Základní vlastnosti laserů, samovolná a stimulovaná emise, inverze populace, kladná zpětná vazba, ztráty v materiálu, laserová činnost a převodní charakteristika laseru, charakteristiky a vlastnosti laserového světla.
  9. Základy zdrojů pro optické komunikace – lasery 2 Lasery na PN přechodech, základní struktury laserových diod, DH, BH, páskové lasery, QW lasery, VCSEL, optické rezonátory, omezení šířky spektrální čáry, DFB a DBR lasery, laserové diody s a bez aktivního chladiče, katalogové parametry laserových diod.
  10. Základy zdrojů pro optické komunikace - LED Výhody a nevýhody LED ve srovnání s laserovými diodami, vznik fotonů v polovodičích, vznik světla na PN přechodu, základní popis a charakteristiky LED, homogenní přechody LED, LED na heterostrukturách, povrchově emitující LED (SLED), hranově emitující LED (ELED), vazba světla LED-optické vlákno, technologie ke zlepšení vazby, katalogové parametry LED, modulační šířka pásma LED.
  11. Detektory a přijímače pro optické komunikace – základy. Základní požadavky na optické detektory, základní principy a uspořádání fotodetektorů, fotodioda na PN přechodu, odporový a fotovoltaický režim, citlivost fotodiody, spektrální chování fotodiody, dlouhovlnná mez fotodetektoru, rozlišovací schopnost fotodetektoru, šířka pásma fotodetektoru, náhradní schéma fotodiody, omezení a řízení rychlosti odezvy fotodiody, PIN fotodioda, lavinová fotodioda(APD), MSM detektory.
  12. Měření optických vláken a kabelů – základy. Druhy měření, měření na SM a MM vláknech a kabelech, měření útlumu, podmínky měření útlumu, metoda dvou délek, přímá metoda, OTDR-metr, základní části přístroje, mrtvé zóny měření, průběh křivky zpětného rozptylu, kabelový faktor, tvar poruch na křivce zpětného rozptylu
  13. Úvod do vláknově optických sítí – Základní koncepce vláknově optických sítí, terminologie vláknově optických sítí, uzly optických sítí, WDM sítě a jejich varianty, management vláknově optických sítí.
  14. Rezerva

Cvičení:

  1. Bezpečnost práce v laboratoři s laserovým zářením, vlastnosti laserového světla.
  2. Výpočet útlumu optických tras.
  3. Výpočet výkonových úrovní optických tras.
  4. Výpočet módové disperze.
  5. Výpočet módové disperze gradientních vláken.
  6. Výpočet materiálové disperze.
  7. Test č.1.
  8. Měření útlumu optických vláken a kabelů.
  9. Měření útlumu optomechanických spojek a konektorů.
  10. Měření VA charakteristik LED a LD.
  11. Měření PI charakteristik LED a LD.
  12. Měření útlumu otických vláken a kabelů OTDR-metrem.
  13. Měření vlivu ohybů na útlum MM vláken.
  14. Test č.2

JoomShaper