Transcript Oktatási Igazgatóság

Optikai Átviteltechnikai alapok
Oktatási Igazgatóság
1. oldal
Optikai adók
Oktatási Igazgatóság
2. oldal
Kvantummechanikai alapfogalmak
Elektromágneses sugárzás = elemi kvantumok (fotonok) áramlása
keletkezés: energiafelvétel (pl. ütközés)
megszűnés: energiáját átadja
Atomok felépítése
- atommag
- elektronok
elektronpályák
m· v· r = n· h / 2 p
ahol
h = 6.64· 10-34 Js a Planck állandó
n = 1, 2, 3, ... a főkvantumszám
Pauli elv: egy atomi rendszeren belül nem helyezkedhet el két
olyan elektron, melynek mind a négy kvantumszáma azonos
Oktatási Igazgatóság
3. oldal
A sávszerkezet kialakulása
W
W=0
4p
4s
3d
3p
a
Oktatási Igazgatóság
atomok közötti
távolság
4. oldal
Atomok periódusos rendszere
He
1.
H
2.
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3.
Na Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4.
K
Cr Mn Fe Co Mi Cu Zn Ga Ge As Se Br
Kr
5.
Rb Sr
6.
Cs Ba La
7.
Fr
Ca Sc
Y
Ti
V
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
In
Sn Sb Te
Hf
Tl
Pb Bi
Ta
W
Re Os
Ir
Pt Au Hg
I
Xe
Po At Rn
Ra Ac
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa
Oktatási Igazgatóság
U
Np Pu Am Cm Bk Cf
Es Fm Md No Lr
5. oldal
Elektronátmenetek félvezetőkben
vezetési
sáv
Wg tiltott sáv
vegyérték
sáv
Oktatási Igazgatóság
6. oldal
Félvezető anyagok
Félvezető anyagok
Tiltott sávszélesség Hullámhossz
Wg (eV)
mm
Egykomponensű anyagok
Si
Ge
Kétkomponensű anyagok
GaP
AlAs
GaAs
InP
InAs
Három és négykomponensű a.
GaAlAs
GaAsP
InGaAsP
Oktatási Igazgatóság
1.12
0.72
1.11
1.72
2.24
2.09
1.42
1.33
0.34
0.55
0.59
0.87
0.93
3.60
1.42 - 1.82
1.93 - 2.13
0.68 - 0.87
0.58 - 0.64
0.47 - 1.13
1.10 - 1.67
7. oldal
Szennyezett félvezetők
vezetési
sáv
Akceptor szintek
tiltott sáv
Donor szintek
vegyérték
sáv
p-típusú
intrinsic:
Oktatási Igazgatóság
n-típusú
elektronkoncent. = lyukkoncentr.
8. oldal
Az adókkal szemben támasztott
követelmények
- Hullámhossz illeszkedjen az átviteli ablakokhoz
- Nagy kimeneti teljesítmény
- Jó hatásfokú becsatolhatóság a szálba
- Keskeny emissziós spektrum
- Nagy sebesség
- Folyamatos működés
- Nagy tömegben gyártható
- Olcsó
Oktatási Igazgatóság
9. oldal
A LED-ek felépítése
potenciál
fal
szabad elektronok
p-típus
n-típus
Wg
szabad lyukak
szabad elektronok
U>0
Wg
szabad lyukak
Oktatási Igazgatóság
10. oldal
Heteroátmenetes LED-ek
n - InP
n - InGaAsP
injektált
elektr.
1.35eV
fal az elektronoknak
1eV
fal a lyukaknak
n
3.2
p - InP
hf
1.3/um
injektált
lyukak
3.5
Oktatási Igazgatóság
11. oldal
LED-ek nyitókarakterisztikája
Popt
SUPER-LED
ELED
Popt
SLED
I0
t
t
Oktatási Igazgatóság
12. oldal
Lézer sávszerkezete
két elfajult szennyezettségű félvezetô
Fermi szint
p
n
Wg
Oktatási Igazgatóság
13. oldal
Lézerek felépítése
Fém
SiO2
p+ -GaAs
p -GaxAl1-xAs
p -GaAs
(aktív tartomány)
n -GaxAl1-xAs
hasított végtükör
Oktatási Igazgatóság
n -GaAs
Fém
14. oldal
Lézer nyitókarakterisztikája
hõmérséklet
Popt
Popt
öregedés
ITH
Ib
t
I0
Im
I0 = I b + I m
t
Oktatási Igazgatóság
15. oldal
Lézermeghajtó áramkör
Im
Ib
Popt
beáll.
komp.
lézer
monitordióda
Oktatási Igazgatóság
16. oldal
LD impulzus alaktorzításai
Popt
Névl. befejezés
lecsengés
túllövés
100%
90%
belengési idő
nem teljes kioltás
10%
0
felfutási idő
t
kioltási idő
Névl. kezdés
Oktatási Igazgatóság
17. oldal
Önértékelő Teszt
Milyen követelményeket támasztunk az optikai
adókkal szemben?
Válassza ki a megfelelőket.
Hullámhossz illeszkedjen az átviteli ablakokhoz
Jó hatásfokú becsatolhatóság a szálba
Keskeny emissziós spektrum
Szakaszos működés
Nagy tömegben gyártható
Drága
Oktatási Igazgatóság
18. oldal
Félvezető anyagok érzékenysége
Érzékenység (A/W)
1
kvantumhatásfok = 1
InGaAs
InGaAsP
0.5
Si
500
Oktatási Igazgatóság
Ge
1000
1500 Hullámhossz (nm)
21. oldal
P-N átmenetes fotódióa
p
n
szabad elektronok
potenciál
fal
Wg
szabad lyukak
határréteg
Oktatási Igazgatóság
22. oldal
PIN fotódióda
i
p
i
n
Rt
szabad elektronok
potenciál
fal
Wg
szabad lyukak
határréteg
Oktatási Igazgatóság
23. oldal
Lavina diódák
I
V
lavinaletörés
Oktatási Igazgatóság
24. oldal
Lavina diódák felépítése
h
+
+
+
+
+
Oktatási Igazgatóság
25. oldal
Detektorok paraméterei
- Kvantumhatásfok
 = Jf / e 
(a fotonok és az általuk keltett elektronok aránya)
- Érzékenység
R = e  / h
(a detektorfelületre beeső teljesítmény
által keltett fotoáram)
- Sávszélesség
(a hordozóknak a kiürítési zónán való
átlagos áthaladási idejétől függ)
- Zaj
- sötétáram
-sörétzaj
Oktatási Igazgatóság
26. oldal
Vevőmodulok
Adatsebesség
Mbit/s
Minimális érzékenység (-dBm)
PIN
APD
Hőmérséklet
csökkenés
2
55
60
-2,8
8
50
53
-2,5
34
47
50
-2,0
140/155
40
43
-1,5
565/622
34
39
-0,7
2488
28
35
-
Oktatási Igazgatóság
27. oldal
Erbiummal doppolt kvarcüveg
sávszerkezete
1480 nm
Oktatási Igazgatóság
980 nm
1531 nm
28. oldal
Optikai erősítők alaklmazása
EDFA
OLT
OLT
EDFA
OLT
OLT
EDFA
OLT
Oktatási Igazgatóság
OLT
29. oldal
Jel be
EDF
optocsatoló
Jel ki
pumpálás
lézer
EDF
optocsatoló
Jel be
Jel ki
pumpálás
lézer
lézer
Jel be
optocsatoló
EDF
optocsatoló
Jel ki
pumpálás
lézer
Oktatási Igazgatóság
lézer
30. oldal
PDH hierarchia
1
64 Kbit/s
30
:
2.048 Mbit/s
MUX
1
Szinkron
Jelzésbitek
:
4
Szinkron
Jelzésbitek
MUX
8.448 Mbit/s
1
:
4
Szinkron
Jelzésbitek
34.368 Mbit/s
MUX
1
:
139.264 Mbit/s
MUX
4
Szinkron
Jelzésbitek
Oktatási Igazgatóság
31. oldal
SDH hierarchia
2.5 Gbit/s (STM-16)
622 Mbit/s (STM-4)
Szinkron
hierarchia
(CCITT)
155 Mbit/s (STM-1)
SONET
(USA)
52 Mbit/s
140 Mbit/s
45 Mbit/s
34 Mbit/s
6 Mbit/s
2 Mbit/s
1.5 Mbit/s
Pleziokron
hierarchia
(CEPT)
Pleziokron
hierarchia
(USA)
64 kbit/s (ISDN)
Oktatási Igazgatóság
32. oldal
Digitális gerinchálózat
UKRAJNA
SZLOVÁKIA 2.
SZLOVÁKIA 1.
AUSZTRIA 1.
Záhony
Kazincbarcika
Szerencs
Somoskôújfalu
Miskolc
Balassagyarmat
Kisvárda
Tiszalök
Salgótatján
Eger
Mátészalka
Nyíregyháza
Esztergom
Hegyeshalom
Sopron
Csorna
Gyöngyös
Szentendre
Tatabánya
Kapuvár
Gödöllô
Pápa
Beled
Debrecen
Jászberény
Biatorbágy
Székesfehérvár
AUSZTRIA 2.
Karcag
Szigetszentmiklós
Dabas
Veszprém
Sárvár
Monor
Zalaegerszeg
Szentgotthárd
Tapolca
Siófok
Szolnok
Cegléd
ÜFA
Sárbogárd
Törökszentmiklós
Szeghalom
Szentes
Marcali
Paks
Kaposvár
Békéscsaba
Kiskôrös
Letenye
Nagykanizsa
Berettyóújfalu
Kecskemét
Dunaújváros
Keszthely
Lenti
Füzesabony
BUDAPEST
Szombathely
SZLOVÉNIA
Mezôkövesd
Vác
Gyôr
Orosháza
Szekszárd
Digitális szekunder központ
Kiskunhalas
Makó
HORVÁTORSZÁG
Digitális primer központ
Szeged
Baja
Szigetvár
Pécs
Mohács
JUGOSZLÁVIA
Egyéb hálózati csomópont
ROMÁNIA
Ûrtávközlési földi állomás
Optikai kábel
Mikrohullámú összeköttetés
Oktatási Igazgatóság
33. oldal
SDH nemzetközi optikai sík
Szerencs
Balassagyarmat
Miskolc
Tiszalök
Salgótarján
Nyíregyháza
Esztergom
Gyôr
Kapuvár
Csorna
Tatabánya
Mezôkövesd
Vác
Gyöngyös
Szentendre
BUDAPEST
Füzesabony
Debrecen
Jászberény
Beled
Karcag
Biatorbágy
Szombathely
Székesfehérvár
Sárvár
Veszprém
Monor
Szolnok
Dabas
Törökszentmiklós
ÜFA
Kecskemét
Tapolca
Zalaegerszeg
Sárbogárd
Keszthely
Szentes
Marcali
Paks
Kiskôrös
Szekszárd
Kaposvár
Szeged
Szigetvár
Pécs
Mohács
Oktatási Igazgatóság
34. oldal
SDH primer sík
B.GYARMAT
VÁC
GYÖNGYÖS
4
4
4
4
SALGÓTARJÁN
SZENTENDRE
BUDAPEST
GYŐR
SÁRVÁR
4
4
TATAB.
4
4
4
4
4
R2
4
4
4
4
4
4
BIATORB.
R4
MONOR
4 NYÍREGYH.
R3
VESZPRÉM
4
4
4
4
Z.EGERSZEG
4
4
4
SZÉKESFEHÉRVÁR
KISKŐRÖS
4
PÉCS
4
SZIGETVÁR
4
4
R6
PAKS
4
4
4
SZEGED
4
KECSKEMÉT
4
4
4
MOHÁCS
SZEKSZÁRD
Oktatási Igazgatóság
DEBRECEN
KARCAG
4
R5
KAPOSVÁR
4
4
TAPOLCA
MARCALI
4 SZERENCS
R7
JÁSZB.
R1
KESZTHELY
4
4
4
SZOLNOK
4
MISKOLC
4
SZOMBATHELY
4
M.KÖVESD
4
B.ÚJFALU
OROSHÁZA
4
SZENTES
4
4
BÉKÉSCSABA
35. oldal
Primer körzethálózatok
Gerinchálózati csatlakozás(ok)
Helyi központok
Primer központ
Kétkörös
(önjavító) gyűrű
Gyűrű
Oktatási Igazgatóság
36. oldal
Budapest SDH hálózata
ANGYALFÖLD
VÁROSMAJOR
JÓZSEF
ANGYALFÖLD
KELENFÖLD
BÉKÁSMEGYER
ÚJPEST
LIPÓT
RÁKOSPALOTA
TERÉZ
4
ÓBUDA
ANGYALFÖLD
1
VÁROSMAJOR
ZUGLÓ
BELVÁROS
KRISZTINA
ISTVÁN
VÁROSMAJOR
BELVÁROS
ERZSÉBET
BELVÁROS
2
JÓZSEF
KELENFÖLD
CSEPEL
PESTERZSÉBET
BELVÁROS
RÁDIÓTELEFON
3
ÚJPALOTA
SASHALOM
JÓZSEF
FERENC
ZUGLIGET
KŐBÁNYA
KELENFÖLD
GAZDAGRÉT
LÁGYMÁNYOS
Oktatási Igazgatóság
BUDAFOK
PESTLŐRINC
RÁKOSKERESZTÚR
37. oldal
Optikai előfizetői hálózat
- Fibre to the Cabinet
- Fibre to the Curb (FTTC)
- Fibre to the Home (FTTH)
- Fibre in the Loop (FITL)
Oktatási Igazgatóság
38. oldal
Aktív optikai hálózat
Optikai hálózatok felosztása: - tartalmaz aktív hálózati elemet
- nem tartalmaz aktív hálózati elemet
Regenerátor
OLD
ONU
Központi OLT
(DFB-vel)
Optikai
erősítő
OLD = aktív optikai vonali elosztó
Oktatási Igazgatóság
ONU
(optikai hál. egység)
39. oldal
Passzív optikai hálózat
Splitter
Optikai
kapcsoló
ONU
Előfizető
Központi OLT
(DFB-vel)
ONU
ONU
Előfizető
Előfizető
Oktatási Igazgatóság
40. oldal
TDMA a passzív hálózaton
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 2
...
5
6
8
7
2
9
3
Központ
1
Oktatási Igazgatóság
4
41. oldal
Hytas
ONU
SU
ONU
SU
ONT
HYTAS
OLT
OLD
SU
SU
SU
ONU
SU
AON
Oktatási Igazgatóság
ENT
SU
SU
42. oldal
Hytas - SDH
ADM
OLT
ADM
STM-16
557 Mbit/s
OLD
ONU
OLD
ONU
OLD
ONU
ADM
557 Mbit/s
DXC
DXC
OLT
ADM
STM-4
ADM
140 Mbit/s
140 Mbit/s
ADM
140 Mbit/s
Oktatási Igazgatóság
OLD
ONU
43. oldal
Hytas előfizetői egységek
Központ
OLD
ONU-B
ONU-C
ONU-E
Oktatási Igazgatóság
44. oldal
KTV hálózata
HUB
1300
ONU
ONU
1550
Fejállomás
HUB
1300
PSTN
ONU
Oktatási Igazgatóság
ONU
45. oldal
Modulált rendszerek sávszélesség igénye
-  = 1.5 mm;  = 0.75 nm
fT =
3· 108
= 1.5· 10-6 Hz = 2· 1014 Hz = 200 THz
c

 fT =  · 1/ (1+  ) = 2· 1014· 5· 10-4 Hz = 100 GHz
 fS
 fT
Oktatási Igazgatóság
1 GHz
= 100 GHz = 10-2
46. oldal
Modulált rendszerek sávszélesség igénye
Popt
Popt
100%
50%
= 0.75 nm
 fT = 100 GHz
 fS = 1 GHz
O = 1500 nm
Oktatási Igazgatóság
(nm)
f (THz)
fT = 200 THz
47. oldal
Koharens átvitel
Bázissáv
Középfrekvencia-sáv
Optikai fr.-sáv
fT
Lézerfrekvencia
Modulációs frekv.
fOPT
fS
fEL
fT + fS
Kimenő frekvencia
fOPT
fT + fS
Fotódióda bemenet
KF szűrő
Fotodióda után
Demodulátor után
Oktatási Igazgatóság
fS
fIF
fLO
fOPT
fEL
fEL
48. oldal
WDM
optocsatolók
NE
NE
OLT
OLT
1300 nm
1550 nm
OLT
NE
OLT
NE
optikai szál
Oktatási Igazgatóság
49. oldal
Áthallások
Közelvégi
1
1
2
1
2
MULDEX
MULDEX
Távolvégi
1
2
1
2
MUX
2
Oktatási Igazgatóság
DMX
1
2
50. oldal
Hullámhossz demultiplexer
Oktatási Igazgatóság
51. oldal
bemenet
150 mm
kimenetek
optikai rács
Oktatási Igazgatóság
52. oldal
DTF vékonyréteg szűrő
Oktatási Igazgatóság
53. oldal
100
80
60
SWP
LWP
40
20
0
1.25
Oktatási Igazgatóság
1.3 1.32
54. oldal
Önértékelő Teszt
Ismertesse az optikai hálózatok alaptípusait?
Válassza ki a megfelelőket.
Aktív optikai hálózatok; pld: TDMA
Passzív optikai hálózatok; pld: TDMA
Aktív optikai hálózatok; pld: Hytas
Passzív optikai hálózatok; pld: Hytas
Oktatási Igazgatóság
55. oldal