575_Vardanjan_V.A._Raschet_kharakteristicheskikh_parametrov_komponentov_VOSS__

Сопротивление нагрузки можно рассчитать по формуле:

Для расчета сопротивления нагрузки в случае применения ЛФД в данной работе сначала необходимо рассчитать падение напряжения на ЛФД с помощью формулы [2]:

8.Вольт-амперная характеристика ФД. Нагрузочная кривая

Вобщем виде вольт-амперная характеристика ФД описывается формулой [11]

данная функциональная зависимость показана на рис.18 при различных мощностях принимаемого излучения PR. Там же показаны нагрузочные прямые для двух значений Rн. Место пересечения нагрузочной прямой с вольт-амперной характеристикой определяет рабочую точку ФД для определенного значения

PR.

Рис. 18. Вольт-амперная характеристика p-i-n ФД и нагрузочные прямые

31

Для ЛФД вольт-амперная характеристика имеет явно выраженный спад (резкое увеличение тока) при напряжениях, близких к пробой (см. рис. 19). Рабочую точку можно найти с помощью координат на оси напряжения пробой −ЛФД( ) и на оси фототока Т + Ф. Эта точка должна соответствовать расчетному значению коэффициента умножения M.

Рис. 19. Вольт-амперная характеристика ЛФД

32

IV часть

Техническое задание по расчету отношения С/Ш

Изучите конспект лекций, учебную литературу и с помощью методических указаний IV части выполните следующие пункты, используя полученные результаты из предыдущих частей, а также значение х (из табл. 4) согласно вашему варианту задания:

1.Рассчитайте величину квантового шума.

2.Рассчитайте величину теплового шума.

3.Рассчитайте отношение С/Ш на выходе ФД.

Методические указания по выполнению заданий IV части

1. Расчет величины квантового шума

Для описания дробовых шумов часто используют понятие эквивалентный генератор шума со среднеквадратичной амплитудой тока:

2( ) = 2 ∆.

Это мощность шума, выделяющаяся на единице нагрузки 1Ом. Здесь q – за-

ряд электрона, – средний ток.

Так как тепловой ток IТ тоже создает дробовый шум (как и фототок Iф ), то эти вклады учитываются при расчете шума. Общий дробовый шум определяется:

2дроб.ш = 2 (ф + Т)∆ ,

где Iф – среднее значение фототока при постоянном оптическом сигнале.

При использовании ЛФД усиление возникает благодаря процессу ударной ионизации и в результате генерации вторичных пар электрон-дырка. Так как создание таких пар происходит в случайные моменты времени, то появляется дополнительный вклад к дробовому шуму. Поэтому среднеквадратическое значение полного дробового шума будет представляться в виде [2]:

где F(M) – избыточный коэффициент шума ЛФД. Он аппроксимируется формулой F≈Mx, где значение показателя х зависит от материала полупроводника и типа носителей, вызывающих лавину.

2. Расчет величины теплового шума

При определенной температуре электроны движутся беспорядочно в любом проводнике. Беспорядочное тепловое движение электронов в резисторе приводит к флуктуационному току даже при отсутствии приложенного напряжения. Среднеквадратичное значение теплового шума на нагрузке Rн определяется [1]:

33

где k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура в Кельвинах.

3.Расчет отношения С/Ш

Вобщем виде отношение среднеквадратических значений сигнала и шума выражается [7]:

34

Заключение

В результате выполнения данной курсовой работы или при расчетах отдельных пунктов на практических занятиях закрепляется пройденный теоретический материал по физическим основам волоконной оптики. На примере упрощенных расчетов приводятся характеристические параметры элементов ВОСП от источников излучения до фотодетекторов, включая энергетические параметры волоконно-оптической линии передачи. Полученные знания создают основу для последующего, более глубокого изучения характеристик ВОСП различного назначения, а также позволяют приобрести навыки выполнения расчетно-графических работ.

35

Краткий список принятых условных обозначений и сокращений

ВАХ – ватт-амперная характеристика ВОСП – волоконно-оптическая система передачи ИС – источник сообщения КПД – коэффициент полезного действия ЛФД – лавинный фотодиод ОВ – оптическое волокно ОК – оптический кабель

Опер – оптический передатчик ОПр – оптический приемник ОС – оборудование сопряжения

ППЛ – полупроводниковый лазер СИД – светоизлучающий диод СП – система передачи С/Ш – отношение сигнала к шуму ФД – фотодиод λо –длина волны излучения

n(λо) – показатель преломления среды на длине волны λо L – длина резонатора лазера

W– ширина резонатора лазера

d – ширина активной области лазера

α(λо) – коэффициент затухания среды на длине волны λо Ts – рабочая температура

δT – шаг приращения температуры

внутр. – внутренняя квантовая эффективность α – флуктуационный коэффициентсп. – коэффициент спонтанного излучения

Эзапас – энергетический запас

– строительная длина оптического кабеля

– длина оптического волокна

Eg – запрещенная зона полупроводника

αe – коэффициент ионизации электронов

αh – коэффициент ионизации дырок

Wi – ширина области поглощения фотодиода

Wл – ширина области лавинного умножения фотодиода

– квантовый выход фотодиодас – коэффициент собирания носителей фотодиода R – коэффициент отражения

Iт –темновой ток фотодиода

36

Uпробой – напряжение пробоя лавинного фотодиода Uпит – напряжение питания фотодиода

x – параметр, характеризующий материал полупроводника и тип носителей лавинного фотодиода

M – коэффициент умножения

F – избыточный коэффициент шума лавинного фотодиода

a- параметр, характеризующий материал и конструкцию лавинного фотодиода

Список литературы

1.Ярив А. Введение в оптическую электронику / пер. с англ. – М.: Высшая школа, 1983. – 396 с.

2.Гауэр Дж. Оптические системы связи / пер. с англ. – М.: Радио и связь,

1989. – 504 c.

3.Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики / пер. с япон. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 256 с.

4.Грибковский В.П. Полупроводниковые лазеры: учебное пособие по спец. «Радиофизика и электроника». – Мн.: Университетское, 1988. – 304 с.

5.Елисеев П.Г. Введение в физику инжекционных лазеров. – М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1983. – 294 с.

6.Справочник по лазерной технике: Пер. с нем. – М.: Энергоатомиздат,

1991. – 544 с.

7. Агравал Г. Волоконно-оптические системы передачи, часть 1 / пер.

сангл. – Новосибирск.: Издательство «ВЕДИ», 2005. – 396 с.

8.Варданян В.А. Диаграмма направленности полупроводниковых лазеров с торцевым излучением. Приближенный анализ // Современные проблемы телекоммуникаций, Российская научно-техническая конференция. – Новосибирск,

2015. – с.135-137.

9. Волоконно-оптические системы передачи: Учебник для вузов /

М.М. Бутусов, С.М. Верник, С.Л. Галкин и др.; Под ред. В.Н. Гозмина. – М.: Ра-

дио и связь, 1992. – 416 с.

10.Шевцов Э.А., Белкин М.Е. Фотоприемные устройства волоконнооптических систем передачи. – М.: Радио и связь, 1992. – 224 c.

11.Saleh B.E.A., Teich M.C. Fundamental of Photonics. – Willey, 2007. – 1177 p.

37

Учебное издание

Вардгес Андраникович Варданян

Расчет характеристических параметров компонентов волоконно-оптических систем связи

Учебно-методическое пособие

Редактор В.Г. Фокин

Корректор И.Л. Гончарова

Подписано в печать 14.10.2015 Формат бумаги 62 × 84/16, отпечатано на ризографе, шрифт № 10,

п. л. 2,4, заказ № 152, тираж 100.

Издательский центр СибГУТИ 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, офис 105

тел. (383) 269-82-36

38