Uploaded by Yunusbek

1-5-amaliyot

advertisement
O'zbekiston Respublikasi Axborot Texnologiyalari va Kommunikatsiyalarini
rivojlantirish vazirligi Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent Axborot
Texnologiyalari Universiteti Farg‘ona filiali
Telekommunikatsiya Texnologiyalari va Kasbiy Ta‘lim fakulteti
4-bosqich 633-20-guruh Telekommunikatsiya texnologiyalari yo‘nalishi talabasi
Malikov Yunusbekning Optik aloqa tizimi fanidan
tayyorlagan
Amaliyot mashg’uloti
Farg‘ona 2023
1-amaliyot. Optik tolalar. Optik tolalarning turlari va xarakteristikalari. Optik
tolalarning geometrik va fizik parametrlari.
Ishdan maqsad: Optik tolalarning turlari va xarakteristikalari, optik tolalarning
geometrik va fizik parametrlarini o’rganish
Nazariy qism
1. Optik tola va uning tuzilishi
Tolali optik aloqa tizimida optik tebranishlarning tarqalishini chegaralovchi
va yorug‘lik energiyasi oqimini berilgan yo‘nalishda yo‘naltiruvchi, uzatish va
qabul qilish traktlarini bog‘lab turuvchi muhit optik yorug‘lik uzatgichlar deyiladi.
Optik yorug‘lik uzatgichlarning tavsiflari qisman aloqa tizimining sifatini aniqlaydi.
Shuning uchun TOATni loyihalashtirishda nurlanish tarqaladigan uzatuvchi muhit optik yorug‘lik uzatgichlarning tavsiflarini hisobga olish kerak.
TOATda maxsus optik yorug‘lik uzatgichlar-optik tolalar (OT) qo‘llaniladi.
Kichik so‘nish koeffitsientiga ega bo‘lgan optik yorug‘lik uzatgichlar asosida
optik signallarni uzoq masofalarga uzatishni ta’minlovchi optik kabellar yaratilgan.
Yorug‘lik uzatuvchi optik tolalar o‘zak va qobiqdan iborat bo‘ladi. Ular
qiymat bo‘yicha bir-biriga yaqin turli sindirish ko‘rsatkichlariga ega. O‘zak
uzatuvchi muhit, qobiq esa o‘zi va o‘zak orasida chegara hosil qiluvchi sifatida
ishlatiladi. Bu chegara yorug‘likni yo‘naltiruvchi fizik kanalni shakllantirib, u orqali
uzatilgan signalning tashuvchisi yorug‘lik nuri tarqaladi.
Yorug‘lik nurining faqatgina o‘zak bo‘ylab tarqalishini ta’minlash uchun
(1.1-rasm)
n1>n2>n3>n0,
shart bajarilishi kerak. Mos ravishda bu yerda
n1-o‘zakning sindirish ko‘rsatkichi,
n2, n3-qobiqlarning sindirish ko‘rsatkichlari,
n0-tashqi muhitning sindirish ko‘rsatkichi [5].
n0
n1
n1
a)
б)
n2
n3
n1
в)
n2
1.1-rasm. Yorug‘lik uzatuvchi optik tolalar
Optik yorug‘lik uzatgichlarning sindirish ko‘rsatkichi:
n
  
(2.1)
bu yerda
-mos
ravishda
nisbiy
dielektrik
va
magnit
o‘tkazuvchanlik.
Yoki sindirish kÿrsatkichi n, yorug‘likning vakuumdagi tezligini (s)
materialdagi yorug‘lik tezligiga (sm) nisbati orqali ifodalanadi:
n = s / sm.
Turli moddalardan yorug‘lik turli tezliklarda tarqaladi. 1.1-jadvalda turli
moddalarning sindirish kÿrsatkichlari va yorug‘likning tarqalish tezliklari keltirilgan
[2].
OTning tarkibiy qismlari 1.2-rasmda tasvirlangan. OT uchun asosiy material
juda toza va tiniq kvars shishasi, kremniy ikki oksidi (SiO2) hisoblanadi.
Agar dengiz suvi shunchalik tiniq bÿlganda, u xolda Tinch okeanida joylashgan
33,177 futli Mariana chÿkmasining eng chuqur joyini kÿrish mumkin bÿlardi [2].
O‘zak va qobiqning kerakli sindirish ko‘rsatkichlarini olish uchun kvars
shishasiga qo‘shimchalar qo‘shiladi. Masalan: germaniy va fosfor sindirish
kÿrsatkichini oshiradi, bor va ftor esa aksincha uni kamaytiradi.
1.1-jadval
Turli materiallarning sindirish kÿrsatkichlari
Materiallar nomi
Vakuum
Xavo
Suv
Kvars
Shisha
Olmos
Sindirish kÿrsatkichlari, n
1,0
1,0003(1)
1,33
1,46
1,5
2,5
Yorug‘likning turli
materiallardagi tezligi, sm
km/sek.
300 000
300 000
225 000
205 000
200 000
120 000
Ташқи пластик қоплама
Қобиқ
Ёруғлик
нури
Ўзак
1.2-rasm. Optik tolaning tuzilishi
Tolaning qo‘shimcha qobiqlari himoya qobig‘i xisoblanadi. 2.2-rasmda tashqi
plastik qoplama ko‘rsatilgan [14]. Tashqi plastik qoplama optik tolaning
xususiyatlariga ta’sir etuvchi mexanik va atrof muhit ta’sirlaridan uni himoya qiladi.
Optik tola turlari va ularning tavsiflari. Bir modali va ko‘p modali optik
tolalar. Pog‘onali, gradientli va maxsus sindirish ko‘rsatgichli optik tolalar
To‘lqin uzunligiga nisbatan o‘zak diametriga bog‘liq ravishda optik tolalar bir
modali va ko‘p modaliga bo‘linadi. Bir modali optik tolalarda ko‘pincha o‘zak
diametri 7-10 mkm (1.3,a-rasm), ko‘p modali optik tolalarda esa 50-62,5 mkm
(1.3,b-rasm) bo‘ladi. Ikkala turda qobiq diametri 125 mkm ni tashkil etadi.
Amaliyotda ko‘p modali va bir modali optik tola diametrlarining boshqa qiymatlari
ham mavjud. Bir modali optik toladan faqat bir moda (yorug‘lik tashuvchi)
uzatiladi. Ko‘p modali optik toladan esa apertura burchagi doirasida tolaga turli
burchaklar ostida kiritiladigan bir necha yuzlab ruxsat etilgan modalarni bir vaqtda
uzatish mumkin. Barcha ruxsat etilgan modalar turli tarqalish yo‘nalishi va vaqtiga
ega.
Ko‘p modali optik tolalar sindirish ko‘rsatkichi kÿrinishi bo‘yicha pog‘onali (
1.4,a-rasm ) va gradient (1.4,b-rasm) [14] tolalarga bo‘linadi.
Pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalar ikki muhit
chegarasida sindirish ko‘rsatkichlarining keskin (pog‘ona ko‘rinishida) o‘zgarishi
(n1 dan n2 ga) bilan xarakterlanadi. Pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli optik tolalar
o‘tkazish polosasini chegaralaydi, lekin gradient sindirish ko‘rsatkichli optik
tolalarga nisbatan arzon hisoblanadi.
Gradient sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalar pog‘onali sindirish
ko‘rsatkichli tolalarga qaraganda ravon sindirish ko‘rsatkichiga va modalararo
dispersiyaning kamayishi bo‘yicha yuqori texnik ko‘rsatkichlarga ega. Chunki
gradient sindirish ko‘rsatkichli optik tolada modalarning tarqalish tezligi
(dispersiyasi) bir-biridan juda ham kattaga farq qilmaydi. Dispersiya impulslarning
kengayib ketishiga, uzatilayotgan signallarning buzilishiga olib keladi. Shuning
uchun hozirda gradient sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalar keng
tarqalgan.
d = 7 - 10 мкм
D=1252 мкм
d = 50 - 62,5 мкм
D=1252 мкм
б)
а)
2.3-rasm. Bir modali (a) va ko‘p modali (b) optik tolalarning ko‘ndalang
kesimi
1.4-rasm. Pog‘onali (a) va gradient (b) ko‘p modali optik tolalarning
tuzilishi va sindirish ko‘rsatkichi ko‘rinishlari.
Gradient sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalarning eng asosiy
kamchiligi ularning qimmatligi va ishlab chiqarishni murakkabligidir.
Ko‘p modali optik tolalarda modalararo dispersiya o‘tkazish polosasi va aloqa
masofasini chegaralaydi. Shuning uchun ko‘p modali optik tolalar asosan lokal
tarmoqlarda va nisbatan past tezlikli raqamli TOAT signallarini uzatishda ishlatiladi.
Bir modali optik tolalardan magistral aloqa tarmoqlarida foydalaniladi. Chunki
bir modali optik tolalarda modalararo dispersiya yuzaga kelmaydi, shuning uchun
signallar ko‘p modali rejimga qaraganda kam buzilish bilan uzatiladi. Ya’ni bir
modali optik tolalardan foydalanish ÿtkazish qobiliyatini oshiradi, lekin uzatuvchi
qismda birmuncha qimmat bo‘lgan lazer diodlardan foydalanish talab etiladi.
Turli tolalar bo‘ylab optik signallarning tarqalishi 1.5-rasmda tasvirlangan [1].
Sindirish ko‘rsatkichlariga qarab bir modali optik tolalar pog‘onali
(to‘g‘riburchakli) va maxsus turdagi uch tishli, W ko‘rinishdagi tolalarga bo‘linadi
(1.6-rasm) [3].
Bir modali optik tolalar dispersiya qiymatlari bo‘yicha ushbu turlarga bo‘linadi:
1. Standart tola SF (Standart Fiber).
2. Siljigan dispersiyali tola DSF (Dispersion-Shifted Fiber).
3. Nolga teng bo‘lmagan siljigan dispersiyali tola NZDSF (Non-Zero
Dispersion-Shifted Fiber).
Standart SF tolalari pog‘onali sindirish ko‘rsatkichiga ega. Statictik
ma’lumotlarga ko‘ra eng ko‘p yotqizilgan kabellar bir modali standart SF (Standart
Fiber) tolalardan iborat. Xozirda SF tolalarining so‘nish qiymatlari 0,18-0,19 dB/km
gacha kamaytirilgan. Lekin, bu tolalarda 1550 nm to‘lqin uzunligida dispersiya
qiymati katta 17-20 ns/nm∙km ni tashkil etadi.
P
Кириш
импульси
Юқори тартибли
мода
Дисперсия
n2
n1
Чиқиш
импульси
t2
t1
a)
Қуйи тартибли мода
Дисперсия
P
Кириш
импульси
n2
n1
Чиқиш
импульси
б)
t1
t2
P
Кириш
импульси
Чиқиш
импульси
n2
n1
в)
t1
t2
1.5-rasm. Turli optik tolalardan yorug‘lik nurining tarqalishi va
ularning sindirish ko‘rsatkichlari ko‘rinishlari.
a) - ko‘p modali, pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli optik tola;
b) - ko‘p modali, gradient sindirish ko‘rsatkichli optik tola;
v) - bir modali, pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli optik tola.
1.6-rasm. Bir modali optik tolaning sindirish ko‘rsatkichlari:
a) - pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli bir modali standart SF optik tola; b) maxsus uch tishli, W ko‘rinishga ega sindirish ko‘rsatkichli, dispersiyasi nolga
siljigan bir modali optik tola.
1300 nm to‘lqin uzunligida esa dispersiya qiymati minimal, lekin so‘nish
qiymatlari katta 0,35-0,5 dB/km ni tashkil etadi (1.7-rasm). Dispersiya qiymati
kichik bo‘lgani uchun 1300 nm to‘lqin uzunligi dispersiyasi nolga teng 0 to‘lqin
uzunligi deb ataladi. So‘nish qiymatlari kichik, ya’ni 0,2-0,25 dB/km ni tashkil
etadigan 1500 nm tÿlqin uzunligida (1.7-rasm) dispersiya qiymatlarini ham
kamaytirish maqsadida 0 to‘lqin uzunligini 1550 nm ga siljitish orqali siljigan
dispersiyali DSF tolalari ishlab chiqilgan.
DSF tolalarida 0 =1550 nm ga teng bÿlib, bu to‘lqin uzunligi nolinchi
dispersiya nuqtasi deb olingan.
DSF va NZDSF tolalari maxsus turdagi W ko‘rinishdagi sindirish
ko‘rsatkichlariga ega. Ammo 1550 nm to‘lqin uzunligida DSF tolalarida to‘lqin
uzunligi bo‘yicha zichlashtirish usulini amalga oshirib bo‘lmaydi. Chunki, agarda
1550 nm to‘lqin uzunligida to‘lqin uzunligi bo‘yicha zichlashtirish usulini qo‘llasak,
bu to‘lqin uzunligi atrofida parazit optik kanallar, ya’ni nochiziqli effektlar hosil
bo‘ladi. Buni bartaraf etish va to‘lqin uzunligi bo‘yicha zichlashtirish usulini
qo‘llash uchun nolinchi 0 to‘lqin uzunligini 1520 nm dan 1560 nm gacha surib,
nolga teng bo‘lmagan siljigan dispersiyali NZDSF tolalari hosil qilingan.
1
иc
а
Шаффофлик ойнаcи 1
ой
н
ли
к
ф
о
ф
аф
Ш
2.5
2.0
2
иc
а
Шаффофлик ойнаcи 2
3.0
3
и
ас
ой
н
ли
к
ф
о
ф
аф
Ш
Шаффофлик ойнаси 3
,
,дБ/км
дБ/км
ой
н
ли
к
ф
о
ф
аф
Ш
1.5
1.0
0.5
800
900
1000 1100
1200
1300
1400
1500
1600 1700
λ, нм
1.7-rasm. To‘lqin uzunligiga bog‘liq ravishda optik tola so‘nishining
o‘zgarishi.
Nolinchi dispersiyali to‘lqin uzunligini surish maxsus turdagi W ko‘rinishdagi
sindirish ko‘rsatkichlarini qÿllash, ya’ni optik tola ÿzagini sindirish ko‘rsatkichlari
turlicha bo‘lgan ko‘p qatlamli qobiqlar bilan qoplash orqali hosil qilinadi. Ikki
qatlamli qobiqlarni qo‘llab DSF tolalari, to‘rt qatlamli qobiqlarni qo‘llab, 1300 nm
dan 1650 nm to‘lqin uzunligida dispersiya qiymati D1-6 ps/nmkm bo‘lgan
NZDSF tolalari hosil qilingan. Dispersiyaning to‘lqin uzunligiga va qobiqlar soniga
bog‘liqligi 1.8-rasmda tasvirlangan [1].
1.8-rasm. Dispersiyaning to‘lqin uzunligiga va qobiqlar soniga
bog‘liqligi: BQ- bir qobiq; IQ-ikki qobiq; TQ-to‘rt qobiq.
Hozirgi kunda “Korning”, “Lyusent Texnolojiz”, “Alkatel”, firmalarining
standart bir modali tolalari keng tarqalgan.
NZDSF tolalarida esa   1550 nm da dispersiya noldan farqli, ishorasi bir
xil va 2-4 ps/nmkm dan kichik bo‘lmasligi kerak .
Xozirgi kunda “Korning’’ firmasi SMF-LS, LEAF, “Lyusent Texnolojiz’’ True
Wave deb belgilangan NZDSF tolalarini ishlab chiqarmoqda. Dispersiya qiymati
kichik bo‘lganligi uchun bu tolalar to‘lqin uzunligi bo‘yicha zichlashtirilgan uzatish
tizimlarida qo‘llaniladi.
Bir tashuvchili DSF - nolga teng bo‘lgan siljigan dispersiyali tolalardan SDH
(asosan STM-16 va undan yuqori) tizimlarda foydalaniladi. “Fujikura” firmasining
DSM 8/125, “Korning’’ firmasining SMF-DS shu turdagi tolalari ishlab chiqarilgan.
Bir modali standart SF tolalari qo‘llanilganda dispersiya qiymatini kamaytirish
kerak. Dispersiyani kamaytirish, regeneratsiyalash seksiyasi uzunligini oshirish, 2,5
Gbit/s tezlikdan yuqori 10 Gbit/s tezlikka o‘tish, shuningdek to‘lqin uzunligi
bo‘yicha zichlashtirish usullaridan foydalanilganda dispersiyani kompensatsiya
qiluvchi - DCF (Dispersion Compensating Fiber) tolalarni yoki dispersiyani
kompensatsiya qiluvchi modullarni DCM (Dispersion Compensating Module)
qo‘llash kerak. Dispersiyani kompensatsiya qilish usullari quyida batafsil yoritilgan.
3. Amaliyot ishini bajarish
Amaliyot ishi 2 -qismga ko‘ra xisobot ko‘rinishida tayyorlanadi va talaba
tomonidan quyida keltirilgan ma’lumotlar asosida xisoblashlar amalga oshiriladi.
Bunda kritik, apertura burchak, kritik to‘lqin uzunlik va chastota, normallashtirilgan
chastotani (1.1),(1.2),(1.4),(1.5),(1.7) formulalar yordamida aniqlanadi.
Xisoblashlarda tola o‘zagining diametrini d=10 mkm deb olinsin.
1.2 jadval
№
n1
n2
№
n1
n2
№
n1
n2
1 1,48 1,46 10
1,44 1,41 19
1,42 1,4
2
3
4
5
6
7
8
9
1,44
1,4
1,38
1,37
1,48
1,47
1,4
1,48
1,4
1,36
1,32
1,32
1,44
1,43
1,33
1,43
11
12
13
14
15
16
17
18
1,33
1,42
1,34
1,36
1,38
1,48
1,49
1,38
1,3
1,38
1,3
1,33
1,34
1,42
1,46
1,33
20
21
22
23
24
25
26
27
1,4
1,38
1,4
1,34
1,46
1,44
1,43
1,48
1,36
1,35
1,35
1,32
1,42
1,41
1,4
1,45
Adabiyotlar:A1, A2, Q4,Q5.
amaliyot.
Optik tolalarning sonli aperturasini tajriba yo‘li bilan aniqlash
2-
Ishdan maqsad:Optik tolalarning sonli aperturasini tajriba yo‘li bilan
aniqlash.
1. Nazariy qism
Optik tolaga bir emas, bir necha yorug‘lik nurlarining yig‘masi kirish
konusini hosil qilib tushadi va faqat kritik burchakdan katta burchak ostida tushgan
nurlargina OT ÿzagi bÿylab tarqaladi. Nurlarni tola o‘zagiga maksimal tushish
konusining yarim burchagi apretura burchagi - a, kirish konusi 2a esa sonli apretura
deyiladi (1.1-rasm). Sonli apertura NA bilan belgilanadi (inglizchadan Numerical
Aperture) va ÿzak, qobiq sindirish kÿrsatkichlari orqali quyidagi munosabatdan
aniqlanadi:
NA  sin   (n2 - n 2 )  n 2 n
0
а
1
2
1
(1.1)
NA1  k (n12 - n22 )
1.1-rasm. Optik tolaning apretura burchagi.
(1.1) da adabiyotlarda uchrashi mumkin bo‘lgan, sonli aperturani hisoblashning
ikki formulasi berilgan. Ular sonli aperturaga yaqin qiymatlarini beradi. Birinchi
formula nazariy, ikkinchisi esa amaliy hisoblashlar uchun ishlatiladi. Bu yerda
o‘lchash usullariga bog‘liq holda k=0,98 yoki k=0,94 (EIA-455-29 yoki EIA-45544 standartlariga mos ravishda). Sindirish kÿrsatkichlarining nisbiy farqi ∆n
quyidagiga teng:
n 
n2  n2
1
2n1
2

n n
1
2
n1

≤a burchak ostida, ya’ni apretura burchagi doirasida tushgan nurlar (1.1rasmdagi nur 1 mos keladi) to‘liq ichki qaytib, optik tola ÿzagi bo‘ylab uzatiladi.
>a apertura burchagi doirasidan katta burchak ostida tushgan nurlar sinib,
o‘zakdan qobiqqa o‘tadi. Bu nurlar qobiq bo‘ylab tarqalib, asta sekin so‘na
boshlaydi yoki qobiqdan chiqib ketadi (1.1-rasmdagi mos ravishda nur 2 va 21).
Apertura doirasiga mos keluvchi nurlar yo‘naluvchi (nur 1), aperturadan
tashqaridagi nurlar nurlanuvchi (nur 2 va 21) nurlar deyiladi. Aperturadan
tashqaridagi qobiq bo‘ylab tarqaladigan nurlar qobiq bo‘ylab uzatiluvchi nurlar
deyiladi.
Eng kÿp tarqalgan optik tolalarning parametrlarini tipik qiymatlari 1.1-jadvalda
keltirilgan.
NA optik tolaning muhim xususiyati hisoblanib, yorug‘lik nuri tolaga qanday
kiritilishi va tarqalishini kÿrsatadi.
NA qiymati katta bÿlgan OT yorug‘likni yaxshi qabul qiladi, NA kichik
qiymatli optik tolalarga faqatgina tor yÿnaltirilgan yorug‘lik tÿplamini kiritish
mumkin.
Yuqori ÿtkazish polosali OT kichik NA qiymatiga ega. Shu tarzda, ularda
modalar soni kam, dispersiya kichik va ishchi ÿtkazish polosasi keng bÿladi.
OT turi (kvars
shishasi)
O‘zak
diametri, mkm
NA
Kÿp modali
OT
Bir modali OT
50 – 200
5 – 12
1.1-jadval
∆n
0,25 – 0,5
Tola ÿzagiga
maksimal
tushish
burchagi, grad.
20 – 30
0,005 – 0,02
0,12 – 0,25
5-8
0,002 – 0,01
NA katta qiymatga ega optik tolalarda mumkin bÿlgan yorug‘lik yÿnalishlari,
ya’ni modalar sonining kÿpligi natijasida modalararo dispersiya yuqori bÿladi.
Shuni takidlash lozimki nur o‘tkazgich bo‘ylab faqatgina nur o‘tkazgich
diametridan kichik bo‘lgan to‘lqin uzunlikdagi elektromagnit to‘lqin (λ<d)
xarakatlanishi mumkin.
Ammo nur o‘tkazgichda o‘zak-qobiq bo‘linish chegarasi vazifasini shavof
shisha bajaradi, shuning uchun bunday bo‘linish chegarasida optik nurlar to‘liq
ravishda qaytmasdan nur o‘tkazgichning qobig‘i ichiga ham kirib, undan qaytish
xususiyatiga ega. Uzatilayotgan energiyani qobiq ichiga kirib ketmasligi uchun va
butun uzatilaetgan energiya tarqalish muxiti bo‘ylab to‘liq ravishda xarakatlanishi
uchun to‘liq ichki kaytish sharti bajarilishi lozim, bunday shart bajarilishini ikki
qatlami nur o‘tkazgich uchun qo‘llanishi 1.2-rasmda ko‘rsatilgan.
1.2─rasm. Nur o‘tkazgich tolaning ishlash prinsipi: a) nur apertura burchagi
oralig‘ida; b) nur apertura burchagidan tashqarida
Geometrik optika qonunlari bo‘yicha umumiy ko‘rinishdagi o‘zak─qobiq
chegarasiga tushayotgan to‘lqin φT─ burchak ostida bo‘ladi, qaytgan to‘lqin esa ─φQ
burchak ostida bo‘lsa va o‘zak─qobiq chegarasida singan to‘lqin φsin burchak ostida
bo‘ladi. Bizga ma’lumki katta zichlikga ega bo‘lgan muxitdan kichik zichlikka ega
bo‘lgan muxitga o‘tishda ya’ni n1 > n2 holatda ma’lum bir burchak ostida
tushayotgan to‘lqin to‘liq ravishda qaytadi va boshqa muxitga o‘tmaydi, bu esa
singan nur yo‘qligini bildiradi. Muhit chegarasida butun energiya φT ─tushish
burchagida, qaytishi, φT=θichki ichki qaytish burchagi deb ataladi. To‘liq ichki
qaytish burchagi quyidagicha aniqlanadi:
sinички  n2 / n1  22 11
(1.2)
bu yerda: μ1 va ε1 ─ nur o‘tkazgich o‘zakning magnit va dielektrik
singdiruvchanligi;
μ2 va ε2 ─ nur o‘tkazgich qobiqning magnit va dielektrik
singdiruvchanligi;
n1 ─ nur o‘tkazgich o‘zakning sinish ko‘rsatkichi;
n2 ─ nur o‘tkazgich qobiqning sinish ko‘rsatkichi.
Agar φT ≥ θ ichki holat bo‘ladigan bo‘lsa, u holda nur o‘tkazgichning o‘zagiga
tushuvchi energiya to‘liq ravishda qaytib nur o‘tkazgich bo‘ylab zigzag ko‘rinishda
tarqalib xarakatlanadi. To‘lqinning tushish burchagi qanchalik katta bo‘ladigan
ya’ni φT>θichki holati bo‘lsa, uning qiymati 00 bilan 900 oralig‘ida, u holda tarqalish
sharoiti yaxshi bo‘lib, tarqalayotgan to‘lqin tezda qabul qilguvchi tomonga yetib
boradi. Bu xolda butun energiya nur o‘tkazgich o‘zagi ichida yig‘ilib, umuman o‘rab
turuvchi muxit bo‘ylab xarakatlanmaydi.
Agar nur to‘liq ichki qaytish burchagidan kichik bo‘ladigan bo‘lib, φT < θ ichki
holatida u xolda energiya nur o‘tkazgichning qobig‘iga kirib borib, muxitni o‘rab
turuvchi bo‘ylab yoyiladi va umuman o‘rab turuvchi muxit bo‘ylab
xarakatlanmaydi, chunki singan nur hosil bo‘ladi (1.2 b─rasm). To‘liq ichki qaytish
rejimida tolaning nur kiruvchi qismiga yorug‘lik nurini kirish shartini ta’minlaydi.
1.2─rasmda ko‘rsatilganidek nur o‘tkazgich to‘liq ichki qaytish burchagi ostida
bo‘lsa u holda θichki -ichki burchak oralig‘idagi yoruglik nurini o‘tkazadi. Bunday
oraliq burchagi θA nur o‘tkazuvchi tolaning aperturasini tavsiflaydi. Apertura deb
optik o‘q bilan bitta yorug‘lik konusini hosil qiluvchi orasidagi burchak ostida nur
o‘tkazgich tolaning kiruvchi tomoniga tushuvchi burchak tomoniga aytiladi va bu
holatda to‘liq ichki qaytish sharti bajariladi.
Tolali optik aloqa liniyasida sonli apertura tushunchasi qo‘llanadi va u quyidagi
ifoda orqali aniqlanadi:
NA  n0 sinички  n12  n22
(1.3)
bu yerda: n0─ xavoning sinish ko‘rsatkichi;
n1 - nur o‘tkazgich o‘zagining sinish ko‘rsatkichi;
n2─ nur o‘tkazgich qobig‘ining sinish ko‘rsatkichi.
Agar xavoning sinish ko‘rsatkichini n0=1 bilgan holda, u sonli apertura
quyidagi aniqlanadi:
(1.4)
1.2 ─ rasmdan ko‘rinib turibdiki to‘liq ichki qaytish burchagi ─ θichki va nurning
apertura tushish burchagi ─ θA orasida o‘zaro bog‘lanish mavjud. Demak to‘liq
ichki burchaki θichki qanchalik katta bo‘lsa, nur o‘tkazgich tolaning apertura
burchagi θA shunchalik kichik bo‘ladi.
Optik tolali aloqa liniyasida iloji boricha nur o‘tkazgichning o‘zak─qobiq
chegarasiga tushuvchi nur ─ φTUSh burchagi to‘liq ichki kaytish burchagidan θichki
katta bo‘lishi va θichki burchak 90º burchak oralig‘ida bo‘lib, nurlarni nur
o‘tkazgichning kiruvchi yuzasiga tushuvchi nur burchagi apertura burchagi θA
oralig‘ida bo‘lishi kerak (φ≤  A ).
Avval ko‘rib chiqilganidek to‘lqin uzunlik λ va nur o‘tkazgichning o‘zak
diametri d orasida cosθ =λ/d qiymati mavjud bo‘lib, bu yerda θ o‘zak─qobiq
bo‘linuvchi chegarasiga tushuvchi to‘lqinning tushish burchagidir. Agar
cos  1 sin  ifodani e’tiborga olib hamda to‘liq ichki qaytish sinθ=n1/n2 shartini
2
qo‘llasak, u holda cos  1  n 2 n1 2 hosil bo‘ladi. Agar keltirilgan ifodaning o‘ng
tomonidagi qismini tenglashtirsak, u xolda
0 / d  1 (n 2 / n1 )2 hosil bo‘ladi.
U holda nur o‘tkazgichning kritik to‘lqin uzunligi quyidagi ifoda orqali
aniqlanadi:
n
0  d 1   2
n
 1
2




d

n1
n12  n22
(1.5)
kritik chastota esa quyidagicha aniqlanadi:
f 
0
V1
0

V1

d
1
c
1
 
n
d
n12  n 2 2
1  ( 2 )2
n1
(1.6)
bu yerda: n1─ nur o‘tkazgichning o‘zaki sinish ko‘rsatkichi;
n2─ nur o‘tkazgichning qobiqi sinish ko‘rsatkichi;
V1=s/n1─ nur o‘tkazgichning o‘zagi bo‘ylab xarakatlanuvchi to‘lqinning
tezligi;
s─ yorug‘lik tezligi;
d─ nur o‘tkazgichning o‘zak diametri.
Nur o‘tkazgichli optik texnikasida keng ravishda normallashtirilgan chastota
ishlatiladi, bunday chastota nur o‘tkazgichning o‘lchamlari, to‘lqin uzunligi λ
va nur o‘tkazgichning o‘zak va qobiq n1 hamda n2 sinish ko‘rsatkichlari bilan
bog‘liq. Normallashtirilgan chastota - V quyidagi formula bilan aniqlanadi:
V
2a  2
 n1  n 2 2

(1.7)
bu yerda:  -nur o‘tkazgichning o‘zak diametri;  - to‘lqin uzunlik; n1 - tola
o‘zagining sinish ko‘rsatkichi; n2 - tola qobig‘ining sinish ko‘rsatkichi.
3. Amaliyot ishini bajarish
Amaliyot ishi 2 -qismga ko‘ra xisobot ko‘rinishida tayyorlanadi va talaba
tomonidan quyida keltirilgan ma’lumotlar asosida xisoblashlar amalga oshiriladi.
Bunda kritik, apertura burchak, kritik to‘lqin uzunlik va chastota, normallashtirilgan
chastotani (1.1),(1.2),(1.4),(1.5),(1.7) formulalar yordamida aniqlanadi.
Xisoblashlarda tola o‘zagining diametrini d=10 mkm deb olinsin.
1.2 jadval
№
n1
n2
№
n1
n2
№
n1
n2
1 1,48 1,46 10
1,44 1,41 19
1,42 1,4
2 1,44 1,4
11
1,33 1,3
20
1,4
1,36
3 1,4
1,36 12
1,42 1,38 21
1,38 1,35
4 1,38 1,32 13
1,34 1,3
22
1,4
1,35
5 1,37 1,32 14
1,36 1,33 23
1,34 1,32
6 1,48 1,44 15
1,38 1,34 24
1,46 1,42
7 1,47 1,43 16
1,48 1,42 25
1,44 1,41
8 1,4
1,33 17
1,49 1,46 26
1,43 1,4
9 1,48 1,43 18
1,38 1,33 27
1,48 1,45
Adabiyotlar:A1, A2, Q4,Q5.
Amaliyot mashg‘uloti.
Mavzu: Optik tolaning bukilishi tufayli sodir bo‘ladigan so‘nish
solishtirma koeffitsientining uning bukilish radiusiga bog‘liqligini
tadqiq etish.
Ishdan maqsad: So‘nishlarning optik tolaning bukilishi tufayli sodir
bo‘ladigan so‘nish solishtirma koeffitsientining uning bukilish radiusiga
bog‘liqligini tadqiq etish.
3-
1.
Nazariy qism
Ma’lumki optik kabelli aloqa liniyalarini qurish allaqachon abonent liniyalarida
boshlangan. Abonent liniyalari, shuningdek inshoatlar ichida optik kabellarni
yotqazish orqali bunday liniyalarni o‘tkazish qabiliyatini oshirilmoqda. Demak endi
optik kabellarni deyarli keskin burilish, eshilish va egishlarsiz yotqazish amalga
oshiriladigan magistral tarmoqlarga emas, balki xuddi ana shu ta’sirlar juda ko‘p
amalga oshadigan abonent liniyalariga yotqazishga to‘g‘ri keladi. Ya’ni abonent
uchastkasida optik kabellarni yotqazish jarayonida keskin qayrilishlar, burilishlar,
aylanib o‘tishlar lozim bo‘lgan xolatlar yuzaga kelishi mumkin. Bu esa optik kabel
tarkibidagi optik tola bo‘ylab uzatilayotgan optik signalni quvvaatini kamayishiga
sabab bo‘lishi mumkin. Optik signallarni quvvatini kamayishi albatta bu so‘nish
demakdir.
Optik tola bukilishidagi optik nurlanishning yo‘qotilishi
Bilamizki, nurning optik tola bo‘ylab tarqalishi uning tola o‘zagi va qobig‘i
chegarasi bo‘yicha to‘liq ichki qaytishiga asoslanadi. Bu to‘la ichki qaytish
jarayoni qachon amalga oshadi, qachonki nur ikki muxit(tola o‘zagi va qobig‘i)
chegarasiga kritik (to‘la ichki qaytish) burchakdan katta bo‘rchakda
tushgandagina. Optik tolaning biror bir kichik radiusga egilishi bu tushish
burchagini o‘zgarishiga sabab bo‘ladi va nurlanishning ma’lum bir qismi
tashqariga chiqib ketadi (3.1 - rasm).
3.1.a – rasmda optik tolaning o‘zak qobiq chegarasiga nurlanishning kritik
burchakdan katta bo‘lgan burchakda tushishi tasvirlangan. 3.1.b.rasmda esa
tolaning bukilishi xisobiga tushish burchagining kritik burchakdan kichik bo‘lishi
va oqibatta nurlanishning bir qismini optik toladan sizib chiqib ketishi
tasvirlangan.
3.1- rasm. Optik tola bukilishida nurlanishni sizib chiqishini giometrik optika
nuqtai nazaridan tushuntirilishi
Elektrodinamika nuqtai nazaridan qaralganda ham, optik tolaning bukilishida
nurlanishni sizib chiqib ketishini tushuntirrish mumkin. Ya’ni, nurlanishning
tarqalish maydoni o‘zakka konsentratsiyalangan bo‘ladi, lekin qisman o‘zakdan
tashqariga chiqqan bo‘ladi. Buning sababi albatta nurlanish tarqalish modasining
diametri odatda o‘zak diametridan katta bo‘ladi va u eksponensial qonuniyat
bo‘yicha so‘nib boradi. Optik tolaning egilgan joyida modaning bu periferiya
qismi qobiqda yorug‘likninng tarqalish tezligini oshiruvchi fazaviy tezlik bilan
tarqaladi va bu o‘z navbatida nurlanishni ma’lum qismini sizib chiqishiga sabab
bo‘ladi (3.2-rasm).
3.2-rasm. Elektrodinamika nuqtai nazaridan tola bukilishida nurlanishni
sizib chiqishi.
a) modaning tola o‘agi bo‘ylab tarqalishi.
b) tola egilishi xisobiga nurlanishni
toladan sizib chiqish xolati
2. Amaliyot mashg‘ulotining bajarish
Optik tolalarni egilishi natijasida tola bo‘ylab o‘tayotgan nurlanishning
quvvatini kamayishini tolaning egilish radiusiga bog‘liqligini o‘rganish uchun bir
qator tajriba usullari mavjud. Ushbu amaliyot mashg‘ulotini bajarish uchun ushbu
usullarning biridan foydalanamiz.
Tajriba 1. Buning uchun solishtirish maqsadida ikki xil G.652 i G.657
turdagi optik kabellardan foydalaniladi. Ularning xar ikkisini 10mm diametrli
silindrga o‘raymiz. So‘ngra MULTITEST MT3106 optik nurlanish manbaidan
foydalangan xolda ulardan 650 nm to‘lqin uzunligidagi qizil rangli nurlanish
o‘tkizamiz. Tajriba shuni ko‘rsatadiki G.652 turidagi kabellar egilishda nurlanish
quvvatining katta miqdorini chiqarib yuboradi (3.3-rasmda aniq ko‘ringan).
Ya’ni rasmda ko‘ringanidek bu kabelning egilish uchastkasi yorqin qizil rangda.
Bu nurlanish quvvatini sizib chiqayotganligini anglatadi.
3.3-Rasm. G.652 i G.657 turidagi tolalarning egilishdagi nurlanish
quvvatini yo‘qotishlari
Tajriba 2. Turli diametrga ega bo‘lgan slindlar olinadi(10, 15,20 mm).
Ushbu slindrlarga navbatma-navbat 5 martadan xar ikki ulovchi shnur (G.652 i
G.657) o‘raladi. Ushbu ulovchi shnur (patch-kordы) diametri 3,0 mm bo‘lib to‘liq
buferli, amidli tola va u PVX- qobiqda.
Endi 3.4-rasmda keltirilgan sxema asosida, shuningdek MULTITEST
M3106 nurlanish manbayi va MULTITEST M1103S optik quvvat o‘lchagichdan
foydalangan xolda qo‘shimcha kiritilgan quvvat yo‘qotishlarini o‘lchash mumkin.
Buning uchun optik ulagichni dastlab slindrlarga o‘ramasdan oldin quvvat
yo‘qotishlarini o‘lchash lozim. So‘ngra uni o‘ralgandan keyingi xolatdagi so‘nish
qiymati bilan farqini ko‘rish lozim.
Shuningdek optik ulagichni turli diametrli slindarlarga o‘rab o‘lchanganda
ularning so‘nish miqdori o‘zgarishini ko‘righsh mumkin. Buning natijasida ushbu
optik ulagichlar tarkibidagi optik tolaning egilishidagi so‘nishlarni egilish
radiusiga bog‘liqligini ko‘rish mumkin.
3.4-rasm. Optik toladagi egilishlar xisobiga qo‘shiluvchi quvvat yo‘qotishlarini
o‘lchash tajribasi sxemasi
3. Amaliyot ishini bajarish
Amaliyot ishi 2 - qismga ko‘ra xisobot ko‘rinishida tayyorlanadi va talaba
tomonidan himoya qilinadi.
Xar bir talaba turli diametrli slindrlardan foydalangan xolda, xar bir xolat
uchun optik tolaning qo‘shimcha so‘ndirish miqdorinii o‘lchaydi va quyidagi
jadvalga kiritadi.
10 mm
15 mm
20 mm
3.1 jadval
25 mm
4 marta
8 marta
12 marta
Adabiyotlar: A2; Q4; Q5;
4- AMALIYOT MAShG‘ULOTI
Mavzu: Yorug‘lik diodi va lazer diodining vatt-amper xarakteristikalarini
qiyosiy o‘rganish.
Ishdan maqsad: Optik aloqa tizimining yorug‘lik diodi va lazer diodining
vatt-amper xarakteristikalarini qiyosiy o‘rganish.
Qo‘llaniladigan ta’lim texnologiyalari: dialogik yondoshuv, muammoli
ta’lim, shaxsga yo‘naltirilgan ta’lim.
1. Nazariy ma’lumotlar
LDlar xizmat muddati, nurlanish quvvati va uni tashqi injeksiya tokiga
bog‘liqligi, nurlanishni yo‘nalganlik diagrammasi Ө va nurlanish spektri, xizmat
muddati bilan tavsiflanadi. LD YoD ga qaraganda tashqi injeksiya tokini katta
qiymatlarida ishlaydi. Tashqi injeksiya toki Iu oshib, chegaraviy Ich qiymatga
yetgach, generatsiya, qachonki tuzilishdagi yÿqotishlar kuchayishlarga teng
bÿlganda yoki lazer effekti yuzaga keladi, ya’ni indutsiyalangan (majburiy)
nurlanish hosil bo‘ladi. Bu nurlanish yuqori kogerent bo‘lgani uchun, LDni
nurlanish spektri kengligi YoD ga nisbatan tor. LDni nurlanish spektri 1-2 nm,
YoD ni nurlanish spektri esa 30-50 nm. Nurlanish quvvatini tashqi injeksiya tokiga
bog‘liqligini LDni vatt-amper xarakteristikasidan ko‘rish mumkin. 5.1-rasmda LD
va YoD larni vatt-amper xarakteristikalari ko‘rsatilgan. Kichik tok qiymatlarida
LDda kuchsiz spontan nurlanish yuzaga keladi, u samarasiz yorug‘lik diodi sifatida
ishlaydi. Yuqorida aytib o‘tilgandek, tok qiymati chegaraviy tok I ch qiymatidan
oshganda nurlanish quvvati Rnur keskin oshib, kogerent majburiy nurlanish hosil
bo‘ladi. LDning nurlanish quvvati 1-100 mVtni tashkil etadi.
Рнур, мW
2
Iч
I,
5.1-rasm. Vatt-amper xarakteristikalar: 1 - lazer diodi uchun; 2 - yorug‘lik diodi
uchun
Rasmdan ko‘rinib turibdiki vatt – amper tavsifi nochiziqdir. Shu sababli, vatt –
amper tavsifini chiziqlashtirishning maxsus choralarini qo‘llamasdan, lazerning
injeksiya tokini analog signal bilan o‘zgartirish yo‘li bilan chiqish nurlanishini
modulyatsiyalash amaliy qo‘llanilmaydi.
Odatda injeksiya tokini va mos ravishda lazerning chiqish optik quvvatini
modulyatsiyalashning qo‘llaniladi. Shuni alohida aytish kerakli, lazer
chegaralangan pik quvvatli nurlanish manbai hisoblanadi. Bu nakachka tokining
katta qiymatlarida quvvatni kamayib borishi bilan bog‘liq. LD ga xos yana bir
muhim xususiyatni aytib o‘tamiz: atrof muhit temperaturasi o‘zgarsa, vatt – amper
xarakteristikasi suriladi (5.2 – rasm).
Bu chegaraviy tok va chiqish quvvati qiymatlarining o‘zgarishiga olib keladi.
Bu kamchilikni bartaraf etish uchun kompensatsiyalashning elektr sxemalari,
shuningdek mikrosovutgichning ishini boshqaruvchi, termokompensatsiyalash
sxemalaridan foydalaniladi/
5.2-rasm. Lazer diodning vatt-amper xarakteristikasining temperaturaga
bog‘liq ravishda ÿzgarishi.
5.3 – rasmda LD optik nurlanishining yo‘nalganlik diagrammasi ko‘rsatilgan.
Rasmdan ko‘rinib turibdiki, lazer nurlanishining diagrammasi nosimmetrik.
quvvatning yarim sathida o‘lchanganda uning kengligi o‘tishga parallel yuzada
200 dan kichik va perpendikulyar yuzada 400 dan katta (5.3,a–rasm). 5.3,b–
rasmda o‘zaro perpendikulyar yo‘nalishlarda nurlanish quvvatining burchakka
bog‘liqligi ko‘rsatilgan.
5.3-rasm. Optik nurning lazer dioddagi yÿnalganlik diagrammasi: a) parallel
va perpendikulyar yuzalardagi nurlanish kengligi; b) ÿzaro perpendikulyar
yÿnalishlarda nurlanish quvvatining burchakka bog‘liqligi.
Yo‘nalganlik
diagrammasi
ellips
konus
ko‘rinishiga
ega.
Generatsiyalanadigan nurlanishning yetarli katta yoyilganligi, uni kichik sonli
aperaturali optik tolaga samarali kiritishga to‘sqinlik qiladi. Buning uchun maxsus
moslashtiruvchi qurilmalarni qo‘llash talab etiladi.
Magistral TOA liniyalarida asosan signallar 1,3 va 1,55 mkm to‘lqin
uzunliklarida uzatiladi. 1,55 mkm to‘lqin uzunligida so‘nish qiymatlari kichik
bo‘lgani uchun retranslyatsiyasiz (L=100km) uzun uchastkalarda ana shu to‘lqin
uzunlikdagi optik uzatish manbalaridan foydalanish samaralidir. Magistral aloqa
liniyalari kabellari bir modali tolalardan iborat bo‘lgani uchun ham LDdan
foydalanish kerak. Chunki YoD ga qaraganda LDning nurlanishini yo‘nalganlik
diagrammasi tor. Bu nurlanishni tolaga kiritishni osonlashtiradi.
Shuningdek talabalar berilgan ma’lumotlar bo‘yicha LDning vatt-amper
xarakteristikasini chizadilar. Buning uchun quyidagi boshlang‘ich ma’lumotlarga
tayanadilar. Guruxning gurux jurnali bo‘yicha birinchi 10 talabasi LD- 1064-30
markadagi, qolganlari esa LD- 1300-50 markadagi LD uchun vatt-amper
xaraktreistikaani chizadilar.
LD- 1064-30 uchun:
I, mA
20
40
60
100
P, mVt
10
15
20
30
LD- 1300-50 uchun:
I, mA
25
P, mVt
12
51
16
77
24
105
30
3. Amaliyot ishini bajarish
Amaliyot ishi 2 -qismga ko‘ra xisobot ko‘rinishida tayyorlanadi va talaba
tomonidan himoya qilinadi. Shunigdek talaba berilgan am’umotlarga asoslangan
xolda LDning vatt-amper xarakteristikasini chizadi va uni izoxlab beradi.
Qo‘shimcha ravishda talaba LD nurlaning quvvatini temperaturaning o‘zgarishiga
qanday bog‘liqligini tushuntiradi.
5-
Amaliyot mashg‘uloti
Mavzu: Lazer diod nurlanishining impulsli modulyatsiya jarayonini tadqiq
etish
Ishdan maqsad: Lazer diod nurlanishining impulsli modulyatsiya jarayonini
tadqiq etish orqali LD larda amalga oshiriluvchi modulyatsiya jarayonlarini
o‘rganish.
1.
Nazariy qism
Optik tolali aloqa tizimlarida axborotlar oqimini optik tola bo‘ylab uzatish
optik eltuvchi - yorug‘lik to‘lqinini axborot signaliga mos ravshda o‘zgartirishni
talab etadi. Yorug‘lik nurlanishning bir yoki bir necha parametrlarini elektr (tok
yoki kuchlanish), tovush, mexanik yoki optik signal ta’sirida vaqt yoki fazo
bo‘yicha berilgan qonuniyatga ko‘ra o ‘zgartirishdan iborat mazkur jarayonni optik
nurlanishni modulyatsiyalash jarayoni deb ataladi.
Optik tolali aloqa tizimlarida lazer diodlarning optik nurlanishlarini
modulyatsiyalashning impulsli usuli raqamli usul xisoblanadi
Quyidagi 6.1- rasmda impulsli modulyatsiya jarayoni tasvirlangan:
6.1-rasm. Optik signallarni intensivlik bo‘yicha impulsli modulyatsiyalash.
Yorug‘lik intensivligini raqamli signal ta’sirida modulyatsiya-langanida
injeksiya tokining sakrab ortishi va nurlanishning boshlanishi orasida kechikish
vujudga keladi. 4.2-rasmda lazer diodi tokining sakrab ortishi va sakrab kamayishi
bilan bog‘liq uzilish va ulanish jarayonlari aks ettirilgan. Tok sakrab ortganida avval
U kuchlanish ortadi, keyin esa tk kechikish va τort ortish vaqtlari bilan nurlanish
boshlanadi. Tok uzilganda nurlanish intensivligi taxminan vaqt doimiysi τ ga teng
bo‘lgan eksponensial qonun bo‘yicha kamayadi. Kuchlanish esa, yanada sekinroq
sur’at bilan kamayadi.
Raqamli modulyatsiyalash chog‘ida kechikish vaqtini kamaytirish uchun
lazer diodiga bo‘sag‘a tokiga mos kelgan kuchlanishdan kattaroq kuchlanish qo‘yish
kerak. Bu xolda kechikish vaqti faqat o‘sish va kamayish vaqtlari bilan aniqlanadi.
Bu vaqtlar impuls davomiyligini eng kamida 2τ qadar kengaytiradi. Shunday qilib,
kechikish vaqti τ ning qiymati lazer diodining chastotaviy xossalarini belgilaydi.
6.2-rasm. Lazer diodi nurlanishini intensivlik bo‘yicha modulyatsiyalash
jarayonining vaqt diagrammalari.
Download