1.

Prawo Snella

Tor światła padając pod kątem

1

na granicę faz ośrodków o różnych współczynnikach

załamania w

1

i w

2

spełnia warunek wyrażony prawem Snella:



















 







 







gdzie n

1

jest współczynnikiem załamania ośrodka 1,

1

jest kątem padania z ośrodka 1 na

granicę faz, n

2

jest współczynnikiem załamania ośrodka 2,

2

jest kątem załamania.

 

  ść śł   

  ść śł  ś  





2.

Podać wzory na grubość, długość fali oraz znormalizowaną częstotliwość odcięcia.

•

Grubość fali odcięcia:





 



!

2



#







!

2$





% 





&

/

•

Długość fali odcięcia:



 

2



#







2$





% 





&

/



•

Znormalizowana częstotliwość odcięcia:

  $





% 





&

/

 $2



Δ)&

/

 



$2Δ&

/

 *+



a – promień światłowodu
Δ)  



% 



Δ 

Δ)





3.

Opisać budowę światłowodu, wymień znane Ci rodzaje światłowodów.

Światłowód składa się z rdzenia (zbudowany najczęściej ze szkła kwarcowego lub plastiku 0

średnica 5-50µm), płaszcza (grubość ok. 125µm, wykonany z materiału o mniejszym

współczynniku załamania niż rdzeń, najczęściej z plastiku lub szkła z domieszkami), pokrycie

(ochrona płaszcza i rdzenia przed zgnieceniami, wykonany z elastycznego materiału – np.

akryl. Składa się z dwóch lub więcej warstw około 250µm).

Rodzaje światłowodów:

•

Charakterystyka modowa – jednomodowe i wielomodowe

•

Rozkład współczynnika załamania w rdzeniu – skokowe i gradientowe

•

Struktura – włókniste i planarne

4.

Tłumienność światłowodu, okna światłowodowe.

,$ & 

1

. 1001

2$3&

2$.& 4

5

6

P(O) – moc wprowadzana; P(L) – moc wyprowadzana

Tłumienie nie powoduje zmiany kształtu sygnału, zmniejsza się jego moc. Tłumienie rośnie

wraz z długością łącza – ma bezpośredni wpływ na jego zasięg.

Okna transmisyjne:

•

I okno – długość fali 850nm,

,  1 7 3

9:

;<

zasięg do kilkunastu kilometrów

•

II okno – długość fali 1300nm,

,  0,5

9:

;<

, bardzo popularne – zasięg 75-100km

•

III okno – długość fali 1550nm,

,  0,2

9:

;<

, zasięg 150-200km

5.

Metody wytwarzania światłowodów.

•

Metoda podwójnego tygla – bezpośrednie wyciąganie włókien z podgrzanych w

podwójnym tyglu mas

•

Wyciąganie preformy światłowodowej rurą ze szkła kwarcowego z włożonym do niej

prętem o większym współczynniku załamania

•

Osadzanie składników szkła wytworzonych w wyniku wysokotemperaturowych

reakcji gazowych:

o

Osadzanie szkła na wewnętrznej powierzchni rury kwarcowej – MCVD

o

Osadzanie szkła na zewnętrznej powierzchni rury kwarcowej – OVD

o

Osadzanie objętościowe szkła na jego zarodku – Vapour Phase Axial

Deposition

•

Metoda fazowego oczyszczania szkła i dyfuzji domieszek do niego

•

Metoda polegająca na wyciąganiu rdzenia włókna z bezpośrednim pokrywaniem go

płaszczem sylikonowym

6.

Podać podstawowe parametry sprzęgaczy światłowodowych.

Sprzęgacz idealny to urządzenie, które odprzęga z dowolnego światłowodu określoną

wartość mocy optycznej bez wnoszenia strat i zakłóceń transmisji.

Parametry czteroportowego sprzęgacza światłowodowego:

•

Straty

?.  %10log

2



C 2

D

2

EF

5

•

Współczynnik sprzężenia

G  100

2

D

$2



C 2

D

& %

•

Kierunkowość

I  %1001

2

J

2

EF

5

•

Straty wtrąceniowe

K.  %1001

2

L

2

ML

5

•

Jednorodność (dla sprzęgaczy 3dB)

  K.

<NO

% K.

<ML

5

7.

Metody pomiaru tłumienności.

•

Metoda odcięcia

Pozwala na dokładne pomiary. Dokonuje się dwóch pomiarów mocy P

2

na wyjściu, a

następnie na wyjściu odciętego już światłowodu – P

1

. Różnica mocy odpowiada

tłumieniu badanego odcinka

+  1001

2



2



•

Metoda wtrącenia

Polega na pomiarze mocy po wstawieniu w linię mierzonego odcinka światłowodu

(pomiędzy układem nadawczym i odbiorczym)

+

P:

 +

P:

C +

QłąQN

 1001

2



2



•

Metoda reflektometryczna

Polega na wysyłaniu impulsów do światłowodu i rejestrowaniu sygnału

rozproszonego wstecznie w funkcji czasu. Metoda pozwana także charakteryzować

inne parametry i zdarzenia w linii (złącza, spawy, długość odcinków)

8.

Przyczyny powstawania tłumienności światłowodów.

•

Straty materiałowe – wynikają z niedoskonałości materiału (szkło kwarcowe nie jest

idealnie przeźroczyste). Nie zależą od techniki ani obecności zanieczyszczeń w szkle

•

Straty falowodowe – powstają w wyniku fluktuacji średnicy rdzenia, zgięć falowodu,

fluktuacji współczynnika załamania w rdzeniu, w płaszczu przy granicy z rdzeniem.

•

Tłumienie zależne jest również od długości fali, dwa główne zjawiska związane z

długością fali wpływające na tłumienie to: absorpcja i rozpraszanie. Efekt

rozpraszania Rayleigha zmienia się z długością fali proporcjonalnie do



O

S

, silnie

maleje przy wzroście długości fali. Przy większych długościach fali występuje

absorpcja, sygnał optyczny wywiera wpływ na strukturę światłowodu, powodując

drgania cząsteczek, ruch wykonywany przez pręt nie jest źródłem ciepła – część

energii światła zamienia się w energię cieplną.

9.

Opisać reflektometr światłowodowy i podstawowe jego parametry.

Budowa:

•

Część nadawcza – impulsowy laser półprzewodnikowy, układ sterowania (generator

impulsowy), układy zasilania i chłodzenia lasera, układy zabezpieczeń lasera;

•

Część odbiorcza – fotodioda odbiorcza, wzmacniacze, przetwornik A/C, integrator

cyfrowy, sprzęgacz optyczny (rozdziela nadawane impulsy do światłowodu a

odbierane kieruje do części odbiorczej).

Parametry:

•

Długość fali przy której pracuje

•

Szerokość wysyłanych impulsów światła

•

Długość mierzonej linii – zasięg

•

Rozdzielczość odczytu tłumienia (0,01dB – 0,001dB)

•

Dynamika pomiaru (określa odstęp między wartością najwyższego i najmniejszego
sygnału, który można zmierzyć przyrządem)

•

Liniowość – określa błąd przy pomiarze

•

Strefa martwa – najlepsza jak najmniejsza wartość

o

Zdarzeniowa – określa odległość od wyjścia reflektometru w której
urządzenie nie jest w stanie wykryć żadnego zdarzenia

o

Tłumieniowa – występuje w linii po każdym wykrytym zdarzeniu, powstaje w
wyniku „oślepienia” reflektometru wiązką odbitą od zdarzenia.

10.

Opisz znane Ci rodzaje dyspersji

•

Dyspersja międzymodowa

W światłowodzie wielodomowym pobudzane jest wiele modów, każdy wędruje z

różną prędkością. W rezultacie objawia się to różnym czasem dotarcia ich do końca

światłowodu i poszerzeniem impulsu. Ograniczenie dyspersji modowej uzyskano

wprowadzając włókna gradientowe.

•

Dyspersja chromatyczne – występuje w światłowodach jednomodowych, składa się

na dwa zjawiska:

o

Dyspersja materiałowa jest skutkiem zjawiska fizycznego, które stawia

zależność pomiędzy współczynnikiem załamania a długością fali. Sygnał

płynący przez światłowód nie jest ściśle monochromatyczny, zawiera

składowe o różnych długościach fali – światło charakteryzuje się określoną

szerokością widmową – fala ulega rozmyciu w czasie.

o

Dyspersja falowodowa jest zależna od jakości płaszcza, przez który porusza

się światło podczas odbici. Różne składowe fali charakteryzują się różnymi

opóźnieniami grupowymi powodując różnice w szybkości rozchodzenia się

światła.

o

Dyspersja polaryzacyjna wynika z faktu występowania zjawiska dwójłomności

w światłowodach (przypadkowe powstanie wyróżnionych osi optycznych).

Różne prędkości dwóch składowych ortogonalnych generują różnicę fazy.

Mieszanie się ich w sposób przypadkowy powoduje zmianę polaryzacji.

11.

Podać ogólny wzór na BL dla światłowodów wielodomowych, wielodomowych GI i

jednomodowych.

•

Dla światłowodów wielodomowych

5 · . 

0,44

∆

.

•

Dla światłowodów jednomodowych

5 · . 

0,44

|I|$∆ &

12.

Co znaczy określenie: zarządzanie dyspersją.

Termin zarządzania dyspersją odnosi się do sposobów eliminacji poszerzenia czasowego

impulsu spowodowanego dyspersją poprzez sprowadzanie średniej wartości współczynnika

dyspersji do wartości bliskiej zeru. Wyróżniamy dwa sposoby zarządzania dyspersją:

wewnętrzna i zewnętrzną:

•

Wewnętrzne zarządzanie dyspersją polega na utrzymaniu całkowitej dyspersji linii

transmisyjnej wykorzystując jedynie właściwości samego włókna światłowodowego.

•

Zewnętrzne zarządzanie dyspersją polega na zastosowaniu dodatkowych elementów

zewnętrznych – np. zastosowanie siatki Bragga, techniki kompensacji elektronicznej.

13.

Opisać sposoby wytwarzania sprzęgaczy światłowodowych.

Istnieją dwie główne techniki wytwarzania sprzęgaczy

•

Sprzęgacze czołowe – transformacja mocy optycznej odbywa się przez czoła rdzeni

światłowodowych

•

Sprzęgacze boczne – transformacja mocy optycznej zachodzi przez sprzężenie boczne

światłowodów wskutek oddziaływania między modami rozchodzącymi się w

światłowodach

14.

Co to są sprzęgacze asymetryczne?

Sprzęgacze asymetryczne – gdy rdzenie nie są identyczne, są stosowane jako filtry WDM

(zwielokrotnienie w dziedzinie długości fali). Asymetryczność można zapewnić przez różny

kształt lub odległość zbliżonych rdzeni sprzęgacza. Innym sposobem jest zastosowanie siatek

Bragga.

15.

Napisz jaka jest różnica między laserami półprzewodnikowymi i diodami LED

Aby dioda LED zaczęła działać jako laser muszą zostać spełnione warunki do zajścia emisji

wymuszonej. Oznacza to konieczność zastosowania wyższego napięcia zewnętrznego oraz

spowodowanie inwersji obsadzeń (sprzężenie optyczne). W laserach półprzewodnikowych

nie musimy umieszczać dodatkowych zwierciadeł – ich role pełnią wypolerowane

powierzchnie boczne złącza p-n. W praktyce dla małych wartości przyłożonego prądu w

kierunku przewodzenia układ pracuje jak dioda LED, a dopiero po przekroczeniu pewnej

granicznej wartości prądu dla której emisja wymuszona przewyższa straty, urządzenie

zaczyna pracować jak laser diodowy.

16.

Co to jest czułość detektora?

Czułość jest podstawowym parametrem określającym detektor. Jest zdefiniowana jako

stosunek wyjściowego napięcia (lub natężenia prądu) S do mocy promieniowania padającego

P na detektor (na 1cm

2

)

G 

X

2+ 4



Y ;

+

Y6

A – powierzchnia detektora (w cm

2

) na którą pada promieniowanie.

Im większa wartość R tym lepsza zdolność do rejestrowania promieniowania.

17.

Jak zbudowana jest dioda LED?

Zadaniem soczewki jest formowanie wiązki promieniowania

lepszego kształtu charakterystyki promieniowania

18.

Co oznacza sformułowanie stopień koherencji?

Stopień ten definiuje czy fale są ze sobą powiązane czasowo

pomiędzy fazami tych fal.

Zespolony stopień koherencji

γє<0;1>

Koherencja czasowa spowodowana jest tym, że źródło światła nie

monochromatyczne (posiada wiele długości fali).

Jak zbudowana jest dioda LED?

jest formowanie wiązki promieniowania, co umożliwia otrzymanie

lepszego kształtu charakterystyki promieniowania.

Co oznacza sformułowanie stopień koherencji?

Stopień ten definiuje czy fale są ze sobą powiązane czasowo – możemy wyznaczyć różnicę

pomiędzy fazami tych fal.

Zespolony stopień koherencji γ określa zmianę spójności poszczególnych wiązek światła

Koherencja czasowa spowodowana jest tym, że źródło światła nie jest ściśle

monochromatyczne (posiada wiele długości fali).

, co umożliwia otrzymanie

wyznaczyć różnicę

lnych wiązek światła

jest ściśle