- •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
Приложение п1
Параметры многомодовых ОВ типа G.651
Параметр |
Ед. изм. |
Corning Inc |
Alcatel |
||||||||
50/125 |
62,5/125 |
InfiniCor 300 |
InfiniCor 600 |
InfiniCor CL 1000 |
InfiniCor SX+ |
6930 Multimode 50/125 |
6931 Multimode GLight 62,5/125 |
6932 Multimode 62,5/125 |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
Геометрические характеристики |
|||||||||||
Диаметр сердцевины |
мкм |
50,03,0 |
62,53,0 |
62,53,0 |
50,03,0 |
62,53,0 |
50,03,0 |
50,03,0 |
62,53,0 |
62,53,0 |
|
Диаметр оболочки |
мкм |
1252,0 |
1252,0 |
1252,0 |
1252,0 |
1252,0 |
1252,0 |
1252,0 |
1253,0 |
1253,0 |
|
Погрешность концентричности сердцевины |
мкм |
3,0 |
3,0 |
3,0 |
3,0 |
3,0 |
3,0 |
3,0 |
3,0 |
3,0 |
|
Некруглость сердцевины |
% |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
6 |
6 |
6 |
|
Некруглость оболочки |
% |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
Диаметр покрытия |
мкм |
2455,0 |
2455,0 |
2455,0 |
2455,0 |
2455,0 |
2455,0 |
24510,0 |
24510,0 |
24510,0 |
|
Погрешность концентричности покрытия |
мкм |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
|
Передаточные характеристики |
|||||||||||
Рабочий диапазон длин волн |
нм |
850 1300 |
850 1300 |
850 1300 |
850 1300 |
850 1300 |
850 1300 |
850 1300 |
850 1300 |
850 1300 |
|
Числовая апертура |
|
0,220 0,015 |
0,275 0,015 |
0,275 0,015 |
0,220 0,015 |
0,275 0,015 |
0,220 0,015 |
0,220 0,015 |
0,275 0,015 |
0,275 0,015 |
|
Коэффициент затухания на длине волны: 850 нм 1310 нм |
дБ/км |
2,5 0,8 |
3,0 0,7 |
3,0 0,7 |
2,5 0,8 |
3,0 0,7 |
2,5 0,8 |
2,4…2,8 0,6…1,0 |
2,4 0,5 |
2,8…3,5 0,8…1,5 |
|
Длина волны нулевой дисперсии |
нм |
1300 1320 |
1332 1354 |
1332 1354 |
1300 1320 |
1332 1354 |
1300 1320 |
1295 1320 |
1320 1365 |
1320 1365 |
|
Ширина полосы пропускания на длинах волн 850/1310нм (со светодиодными источниками) |
МГцкм |
400/400 400/600 400/1200 500/500 600/600 600/1000 |
160/500 200/500 |
н/д |
н/д |
н/д |
1500/500 |
300/300 400/800 600/1200 |
200/500 |
1600/200 200/500 250/800 |
|
Наклон дисперсионной кривой в точке нулевой дисперсии |
пс/ нм2км |
0,101 |
0,097 |
0,097 |
0,101 |
0,097 |
0,101 |
0,11 |
0,11 |
0,11 |
|
Локальные неоднородности затухания в интервале рабочих длин волн 850 и 1310 нм |
дБ |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
|
Прирост коэффициента затухания на длине волны гидроксильного пика 1383 нм относительно коэффициента затухания на длине волны 1310 нм |
дБ/км |
3,0 |
1,0 |
1,0 |
3,0 |
1,0 |
3,0 |
н/д |
н/д |
н/д |
|
Пропускная способность: расстояние передачи по протоколу IEEE802.3 на длинах волн: 1 Gigabit Ethernet 850 нм 1310 нм 10 Gigabit Ethernet 850 нм |
м |
н/д н/д
н/д
|
н/д н/д
н/д
|
300 500
н/д
|
600 600
н/д
|
500 1000
н/д
|
н/д н/д
300
|
н/д н/д
н/д
|
275 1200
н/д
|
н/д н/д
н/д
|
|
Прирост коэфф. затухания при воздействии факторов окр. среды на длинах волн 850 нм и 1310 нм: температуры от -60 до +80ºС - циклов от -10 до +85ºС при влажности 98% |
дБ/км |
≤0,2
≤0,2
н/д |
≤0,2
≤0,2
н/д |
≤0,2
≤0,2
н/д
|
≤0,2
≤0,2
н/д
|
≤0,2
≤0,2
н/д
|
≤0,2
≤0,2
н/д |
≤0,2
≤0,2 (-10…+70ºС)
н/д |
≤0,2
≤0,2 (-10…+70ºС)
н/д |
≤0,2
≤0,2 (-10…+70ºС)
н/д |
|
Прирост коэфф. затухания из-за микроизгибов |
дБ/км |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
|
Рабочий интервал температур |
ºС |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
|
Эффективный групповой показатель преломления на длинах волн: 850 нм 1310 нм |
|
1,490 1,486 |
1,496 1,491 |
1,496 1,491 |
1,490 1,486 |
1,496 1,491 |
1,490 1,386 |
1,482 1,480 |
1,497 1,492 |
1,482 1,480 |
|
Механические характеристики |
|||||||||||
Уровень напряжения при proof-test испытаниях |
ГН/м2 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
|
Параметр динамической усталости n |
н/д |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
|
Усилие стягивания покрытия |
Н |
3,2 |
3,2 |
2,7 |
2,7 |
2,7 |
2,7 |
>1,0 |
>1,0 |
>1,0 |
|
