Варианты заданий для решения задачи 5
Необходимо определить величину хроматической дисперсии на определенной длине волны в пределах рабочего спектрального диапазона стандартного одномодового волокна G.652d, т.е. от 1260 нм до 1675 нм. Исходные данные для выполнения расчета с разбивкой по вариантам заданий приведены в табл. 5.
Таблица 5 – Варианты заданий
N |
28 |
, нм |
1310 |
, пс/(нм2*км) |
0,07 |
, пс/(нм*км) |
2,0 |
, нм |
1490 |
Решение задачи
Требуется определить величину дисперсии на длине волны = 1420 нм стандартного одномодового волокна по спецификации G.652d со следующими исходными параметрами
длина волны нулевой дисперсии – 1310 нм;
крутизна характеристики дисперсии - 0,07 пс/(нм2×км);
остаточная дисперсия = 2 пс/(нм×км).
Для решения задачи воспользуемся формулой Селмейера в форме, задаваемом соотношением (11). Подстановка в соответствующую формулу численных значений дает
Задача 6. Определение фототока p-I-n фотодиода Краткие теоретические сведения
Один из основных параметров, который определяет качество функционирования любого канала связи с использованием цифрового метода передачи, в т.ч. организованного на физическом уровне по волоконно-оптическому кабелю, является отношение сигнала к шуму на входе решающего устройства приемника. “Сигнальную” составляющую этого отношения непосредственно определяет ток, создаваемый фотодиодом, который, в свою очередь, является одним из основных узлов фотоприемного устройства.
Принцип действия любого фотодиода основан на том, что при освещении любого pn-перехода происходит генерация электронно-дырочных пар, которые в результате оказываются с разных сторон перехода и могут рекомбинировать только после прохождения через внешнюю цепь, образуя фототок. В схематической форме процессы генерации электронно-дырочных пар иллюстрирует рис. 7.
Рисунок 7 – Общая схема создания тока в p-n-переходе
Таким образом, функции приемника оптического излучения может выполнять даже обычный полупроводниковый диод. Однако, его эффективность довольно невелика из-за малой вероятности генерации электронно-дырочных пар под воздействием оптического излучения, в т.ч. из-за малой толщины области p-n-перехода. Для наращивания изначально слабого фототока, что важно для увеличения отношения сигнала к шуму, осуществляют целенаправленную модификацию структуры диода как полупроводникового прибора. Наибольшее распространение на практике получили p-i-n-фотодиоды, которые отличаются простотой конструкции, высокой надежностью, низкой стоимостью. Структуры p-i-n-фотодиода и простейшая схема взаимодействия его с нагрузкой для построения фотоприемника изображена на рис. 8.
Рисунок 8 – Структура p-i-n-фотодиода и схема его включения
В p-i-n-фотодиоде между областями с проводимостями р+ (база) и n+ (коллектор) расположен слой i (слой поглощения фотонов) собственной проводимости полупроводника (i – intrinsic).
Фотоны вводятся в структуру диода через окно, снабженное тонкослойным (толщина около четверти рабочей длины волны) просветляющим покрытием, которое согласует среды с разным показателем преломления – волокно (nОВ = 1,46) и полупроводник (nПП = 3,5). Наличие данного покрытия минимизирует френелевские потери. В базе и коллекторе прибора повышена концентрация носителей зарядов.
Фототок возникает при освещении i – слоя излучением определенной длины волны. При этом образуются пары "электрон – дырка". На них воздействует электрическое поле источника смещения Eсм и сосредоточенное в i–слое. Под действием этого поля электроны и дырки начинают дрейфовать в противоположных направлениях и в результате чего рекомбинируют в источнике, т.е. создается фототок.
Фотодиод, как и любой иной фотоприемник характеризуется токовой чувствительностью, которая наряду с обеспечиваемой полосой пропускания является одной из основных практически важных характеристик фотодиода. Под токовой чувствительностью понимается величина, численно равная отношению изменения тока, снимаемого с фотоприемника, при единичном изменении оптической мощности, падающей на окно приемника.
(12)
С учетом высокой линейности фотодиода в основной массе случаев при расчете Si допустимо пользоваться упрощенным соотношением
.
(13)
Токовая чувствительность традиционно измеряется в А/Вт, хотя достаточно часто употребляются также единицы мА/мВт и мкА/мкВт.
Комплекс характеристик фотодиодов с p-i-n-структурой как светочувствительных элементов позволяет реализовать на их основе фотоприемные устройства линий волоконно-оптической связи малой и средней (до нескольких десятков километров включительно) протяженности. При дальнейшем наращивании протяженности линии для гарантированного выполнения норм по качеству передачи приходится переходить на более сложные схемные решения.