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=1252 мкм d = 50 - 62,5 мкм D=1252 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 D1-6 ps/nmkm 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/nmkm 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 2a 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: sinички n2 / n1 22 11 (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 sinички 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 2a 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.