- •А.Н. Игнатов
- •Новосибирск 2013
- •Предисловие
- •1.1 Введение в волоконную оптику
- •1.2 Особенности оптической электроники
- •1.3 История развития оптоэлектроники
- •1.4 Современное состояние оптоэлектронной элементной базы
- •1.5 Система обозначений оптоэлектронных приборов индикации
- •1.6 Система обозначений полупроводниковых приборов и оптронов
- •Тестовые вопросы к главе 1 «Введение в оптоэлектронику»
- •2 Физические основы оптоэлектроники
- •2.1 Различие между фотометрическими и энергетическими характеристиками
- •2.2 Фотометрические характеристики оптического излучения
- •2.2.1 Функция видности и ее зависимость от длины электромагнитной волны
- •2.2.2 Телесный угол, световой поток и механический эквивалент света
- •2.2.3 Сила света, IV
- •2.2.4 Освещенность поверхности, е
- •2.2.5 Закон освещенности
- •2.2.6 Светимость излучающей поверхности, м
- •2.2.7 Яркость светящейся поверхности, l
- •Величина
- •2.2.8 Закон Ламберта
- •2.2.9 Световая экспозиция, нv
- •2.5 Колориметрические параметры
- •2.6 Когерентность оптического излучения
- •2.6.1 Монохроматическая электромагнитная волна (мэв)
- •2.6.2 Особенности излучения электромагнитных волн в ультрафиолетовом (уф), видимом и инфракрасном (ик) диапазонах
- •2.7 Квантовые переходы и вероятности излучательных переходов
- •2.7.1 Энергетические уровни и квантовые переходы
- •2.7.2 Спонтанные переходы
- •2.7.3 Вынужденные переходы
- •2.7.4 Соотношения между коэффициентами Эйнштейна
- •2.7.5 Релаксационные переходы
- •2.8 Ширина спектральной линии
- •2.9 Использование вынужденных переходов для усиления электромагнитного поля
- •2.10 Механизм генерации излучения в полупроводниках
- •2.11 Прямозонные и непрямозонные полупроводники
- •2.12 Внешний квантовый выход и потери излучения
- •2.13 Излучатели на основе гетероструктур
- •2.14 Поглощение света в твердых телах
- •2.15 Типы переходов и характеристики излучающих полупроводниковых структур.
- •2.16 Параметры оптического излучения
- •Тестовые вопросы к главе 2 «Физические основы оптоэлектроники»
- •3 Приборы некогерентного излучения
- •3.1 Источники света
- •3.1.1 Разновидности источников
- •3.2 Основные характеристики и параметры светодиодов
- •3.2.1 Параметры светодиодов
- •3.2.2 Характеристики светодиодов
- •3.2.3 Определение и оценка параметров светодиодов
- •3.2.4 Схемы возбуждения, обеспечивающие высокую световую эффективность светодиодов
- •3.2.5 Влияние температуры
- •3.2.6 Срок службы
- •3.2.7 Ограничение тока
- •3.2.8 Достоинства твердотельных излучателей
- •3.3 Конструкции светодиодов
- •3.4 Основные схемы возбуждения светодиодов
- •3.5 Выбор типа светодиода
- •3.5.1 Основные соображения для выбора типа светодиода
- •3.5.2 Памятка разработчику
- •3.6 Электрическая модель светодиода
- •3.7 Светодиоды инфракрасного излучения
- •3.8 Светодиодные источники повышенной яркости и белого света
- •Тестовые вопросы к главе 3 «Источники некогерентного излучения»
- •4 Приборы когерентного излучения
- •4.1 Физические основы усиления и генерации лазерного излучения
- •4.2 Структурная схема лазера
- •4.3 Лазеры на основе кристаллических диэлектриков
- •4.4 Жидкостные лазеры
- •4.5 Газовые лазеры
- •4.6 Устройство и принцип действия полупроводникового инжекционного моно лазера
- •4.7 Устройство и принцип действия полупроводниковых лазеров с гетероструктурами
- •4.8 Волоконно-оптические усилители и лазеры
- •4.8.1 Волоконные усилители
- •4.8.2 Волоконные лазеры
- •4.8.3 Волоконные лазеры на основе вынужденного комбинационного рассеяния
- •4.9 Светоизлучающие диоды для волоконно-оптических систем
- •4.10 Сравнительная характеристика лазеров и светодиодов
- •4.10.1 Параметры отечественных полупроводниковых лазеров и оптических модулей
- •4.11. Квантовые эффекты в полупроводниках
- •4.12. Фотонные нанокристаллы.
- •4.13. Наноэлектронные лазеры
- •4.13.1. Наноэлектронные лазеры с горизонтальными резонаторами
- •4.13.2. Наноэлектронные лазеры с вертикальными резонаторами
- •4.14.1. Органические светодиоды
- •4.14.2. Пассивно-матричные oled
- •4.14.3. Активно-матричные oled
- •4.14.4. Технологии получения органических светодиодов
- •Тестовые вопросы к главе 4 «Приборы когерентного излучения»
- •5 Полупроводниковые фотоприемные приборы
- •5.1 Принцип работы фотоприемных приборов
- •5.2 Характеристики, параметры и модели фотоприемников
- •5.2.1 Параметры фотоприемников
- •5.2.2 Характеристики фотоприемников
- •5.2.3 Параметры фотоприемника как элемента оптопары
- •5.2.4 Электрические модели фотоприемников
- •5.3 Фотодиоды на основе p-n – перехода
- •5.4 Фотодиоды с p–I–n структурой
- •5.5 Фотодиоды Шоттки
- •5.6 Фотодиоды с гетероструктурой
- •5.7 Лавинные фотодиоды
- •5.8 Фототранзисторы
- •5.9 Фототиристоры
- •5.10 Фоторезисторы
- •5.11 Основные характеристики и параметры фоторезистора
- •5.12 Пзс приемные фотоприборы
- •5.13 Фотодиодные сбис на основе моп – транзисторов
- •5.14 Пиротехнические фотоприемники
- •5.15. Фотоприемные наноэлектронные приборы
- •5.15.1. Фотоприемники на квантовых ямах
- •5.15.2. Фотоприемники на основе квантовых точек
- •Тестовые вопросы к главе 5 «Полупроводниковые фотоприемные Приборы»
- •6 Оптроны
- •6.1 Устройство и принцип действия оптронов
- •6.2 Структурная схема оптрона
- •6.3 Классификация и параметры оптронов
- •6.4 Электрическая модель оптрона
- •6.5 Резисторные оптопары
- •6.6 Диодные оптопары
- •6.7 Транзисторные оптопары
- •6.8 Тиристорные оптопары
- •Тестовые вопросы к главе 6 «Оптроны»
- •7 Индикаторные приборы
- •7.1 Жидкокристаллические индикаторы
- •7.1.1 Основы теории
- •7.1.2 Ячейки на основе эффекта динамического рассеяния (др – ячейки)
- •7.1.3 Ячейки на основе твист-эффекта
- •7.1.4 Основные типы и параметры
- •7.1.5 Схемы включения жидкокристаллических индикаторов
- •7.1.6 Схемы управления многоразрядными индикаторами
- •7.2 Электролюминесцентные индикаторы
- •7.2.1 Устройство и принцип действия
- •7.2.2 Типы и параметры
- •7.2.3 Схемы включения электролюминесцентных индикаторов
- •7.3 Плазменные панели и устройства на их основе
- •7.4 Электрохромные индикаторы
- •7.5. Отображение информации индикаторными приборами
- •Тестовые вопросы к главе 7 «Индикаторные приборы»
- •8 Применение оптоэлектроннх приборов
- •8.1 Устройство и принцип действия оптоэлектронных генераторов
- •8.1.1 Блокинг - генератор
- •8.1.2 Генератор линейно изменяющегося напряжения
- •8.1.3 Генератор с мостом Вина
- •8.2 Применение оптоэлектронных приборов в аналоговых ключах и регуляторах
- •8.3 Применение оптронов для выполнения логических функций
- •8.4 Применение оптронов как аналогов электрорадиокомпонентов
- •8.5 Устройство и принцип действия оптоэлектронных усилителей
- •8.6 Устройство и принцип действия оптоэлектронных цифровых ключей
- •8.7 Применение оптоэлектронных приборов для измерения высоких напряжений и управления устройствами большой мощности
- •8.8 Устройство и принцип действия оптических устройств записи информации
- •8.9 Принцип лазерно-оптического считывания информации
- •8.10 Принципы цифровой оптической записи и воспроизведения информации с компакт дисков
- •8.10.1 Устройство компакт-диска
- •8.10.2 Запись на компакт диски
- •8.10.3 Отличия cd-r/cd-rw дисков от штампованных
- •8.10.4 Маркировка дисков
- •8.10.5 Надежность дисков cd-r/rw в сравнении со штампованными
- •8.10.6 Изготовление и тиражирование компакт-дисков
- •8.10.7 Воспроизведение компакт-диска
- •8.10.8 Устройство накопителей на cd-rom
- •8.10.9 Представление и параметры звукового сигнала на cd
- •8.10.10 Джиттер
- •8.11 Оптоэлектронные сенсорные системы взаимодействия человека с электронной техникой.
- •8.11 Лазерный микропроектор со спиральной разверткой для мобильных устройств
- •Тестовые вопросы к главе 8 «Применение оптоэлектронных приборов»
- •9. Волоконно-оптические системы связи
- •9.1. Общие сведения
- •9.2. Классификация волоконно-оптических систем распределения
- •9.3. Волоконно-оптические системы распределения
- •9.4. Оптические передатчики
- •9.5 Приемники волоконно-оптических систем связи
- •9.5.1 Приемные оптоэлектронные модули
- •9.6. Цифровые волоконно-оптические системы связи
- •9.7. Аналоговые волоконно-оптические системы связи
- •9.8 Умные соединители на основе смартлинков
- •9.8.1 Технические решения смартлинков
- •9.8.2 Самоформирующиеся компьютеры
- •9.8.3 Оптоволоконные нейроинтерфейсы
- •9.9 Волоконно оптические технологии для сетей доступа
- •9.9.1 Общие сведения
- •9.9.2 Тенденции мирового развития сетей доступа
- •9.9.3 Технологии оптических сетей доступа
- •9.9.4 Категории оптических сетей доступа
- •9.9.5 Волокно до бизнеса – FttBusiness
- •9.9.6 Волокно до дома – ftth
- •9.9.7 Волокно до многоквартирного дома – fттb
- •9.9.8 Волокно до сельского района
- •9.10 Медиоконверторы и их применение в оптических системах связи
- •9.10.1 Общие сведения
- •9.10.2. Основные технические требования, предъявляемые к оборудованию
- •9.10.3. Классификация медиаконвертеров по критерию управляемости
- •9.10.4. Конструктивное исполнение
- •9.10.5. Основные параметры медиаконвертеров
- •9.10.6. Система управления
- •9.10.7. Устройство и применение медиоконвертора rs-485
- •Тестовые вопросы к главе 9 «Волоконно-оптические системы связи»
- •Приложение п1
- •Приложение п2
- •Приложение п3
- •Приложение п4 Перечень принятых сокращений
- •Список цитированной литературы
9.10.5. Основные параметры медиаконвертеров
В зависимости от решаемой задачи и варианта исполнения (скорость передачи данных, работа по одному или двум волокнам, дальность передачи сигнала и т.д.), параметры медиаконвертеров могут существенно отличаться.
В качестве наиболее распространенного примера данного оборудования приведем
основные параметры одноволоконного медиаконвертера Fast Ethernet:
тип соединителя: SС;
рабочая длина волны: 1310/1550 нм;
мощность передатчика: от -12 до -3 дБм;
чувствительность приемника. -32 дБм;
дальность передачи. 0--25 км;
затухание: 0,5 дБ/км (относится к характеристикам линии, исходя из которой
определяется дальность передачи);
скорость электрического порта: 10/100 Мбит/с.
Скорость электрического порта
Выбор скорости электрического порта определяется требованиями проекта, в том числе параметрами оборудования (сетевой концентратор, маршрутизатор и т.д.), подключаемого к медиаконвертеру. Наличие в линейке у производителя всех возможных вариантов существенно расширяет область применения, например при стыковке с уже существующим оборудованием.
Наличие функции ограничения скорости передачи данных
Наличие функции ограничения скорости передачи данных позволяет оператору при необходимости гибко изменять параметры обслуживания клиентов из центрального узла управления сетью, например при переходе абонента на другой тариф и т.д.
Дальность передачи сигнала
Как правило, медиаконвертеры с дальностью передачи 20-25 км способны решить задачи построения участка "последней мили". При этом наличие варианта исполнения с повышенной дальностью передачи дает возможность построения протяженных трактов при объединении сегментов локальных сетей, например подключение удаленного офиса к центральному без организации дополнительных пунктов регенерации сигнала.
Наличие удаленного SNMP-управления
Наличие удаленного SNMP-управления является одним из основных требований, предъявляемых к оборудованию операторского класса. Данная функция более подробно описана в следующей главе.
9.10.6. Система управления
Настройка и контроль работоспособности оборудования осуществляется при помощи системы локального и сетевого управления.
Светодиодная индикация (функциональная и аварийная) обеспечивает визуальный контроль работоспособности устройства.
На лицевой панели, как правило, расположены светодиодные индикаторы напряжения питания, индикаторы состояния оптической линии, индикаторы состояния линии Ethernet, индикатор режима управления удаленной стороной.
Локальное управление осуществляется при помощи переключателей и позволяет настроить такие основные параметры, как:
режим установки параметров электрического порта: автоопределение или ручной;
режим ручной установки скорости электрического порта;
режим ручной установки параметров электрического порта: Full Duplex или Half Duplex;
установка максимального размера фрейма;
режим удаленного сетевого управления: включено или отключено;
установка режима трансляции аварий. Режим трансляции аварий применяется в случае, если к схеме организации связи предъявляются особые требования. В этом режиме при разрыве соединения по оптической линии происходит отключение электрического порта. Таким образом, сетевой коммутатор, подключенный к электрическому порту медиаконвертера, воспринимает потерю сигнала как
аварийное событие. При восстановлении сигнала на входе оптического приемника порт Ethernet возвращается в активное состояние.
Сетевое управление локальным и удаленным устройством осуществляется при помощи программы централизованного сетевого менеджмента. Основные функциональные особенности системы:
централизованное управление сетевыми элементами;
поддержка протокола SNMP;
интуитивно понятный пользовательский графический интерфейс Graphical User Interface (GUI);
возможность работы в режиме командной строки (CLI);
поддержка многопользовательского режима;
мониторинг аварийных состояний в реальном режиме времени с записью информации в файл журнала;
гибкая система авторизации и доступа к ресурсам системы,
возможность интеграции с НР OpenView NNM
Система сетевого менеджмента включает в себя три составных части: базу данных, сервер и клиент.
База данных предназначена для хранения и обработки информации.
Сервер обеспечивает системные сервисы (получение аварийных сообщений, обработка параметров конфигурации и т.д.), а также является интерфейсом взаимодействия с другими системами.
Клиент представляет собой пользовательский графический интерфейс Graphical User Interface (GUI) для отображения и ввода информации.
Менеджер лицензий служит для авторизации программного обеспечения и контроля доступа к управлению сетевыми элементами. Как правило, система сетевого менеджмента может функционировать в распределенном и обособленном режимах.
Распределенный режим
В распределенном режиме база данных, сервер и менеджер лицензий установлены на одной рабочей станции, в то время как клиент установлен отдельно. Число клиентских соединений определяется менеджером лицензий. При превышении допустимого числа клиентских соединений доступ к ресурсам системы для лишних пользователей будет запрещен.
Обособленный режим
В обособленном режиме база данных, клиент, сервер и менеджер лицензий установлены на одной рабочей станции. Такой режим является наиболее предпочтительным для небольших сетей с ограниченным числом управляемых сетевых элементов и оптимален с точки зрения стоимости; при этом конфигурация рабочей станции должна обеспечить работу всех необходимых приложений.
При помощи программы сетевого управления возможно конфигурирование параметров и просмотр состояния устройств
установка удаленной петли;
удаленное сетевое управление Enable или Disable;
установка режима трансляции аварий;
управление скоростью приема и передачи данных;
установка максимального размера фрейма;
контроль напряжение питания, норма или выше/ниже нормы;
контроль температуры устройства;
управление электрическим портом;
установка режима автоопределения электрического порта: авто или ручной;
установка параметров электрического порта. Full Duplex или Half Duplex;
контроль статуса электрического порта: Up или Down;
скорость электрического порта: автоопределение или ручная установка;
контроль состояния оптического порта: Up или Down.
Совместимость оборудования разных производителей
При соединении по оптике медиаконвертеров разных производителей должны соблюдаться, как минимум, следующие обязательные условия:
одинаковая рабочая длина волны;
одинаковая скорость передачи данных;
соответствующая мощность оптического сигнала;
поддержка соответствующего протокола (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).
Очевидно, что управление оборудованием разных производителей при помощи единой системы сетевого менеджмента в полном объеме не гарантируется.
