440-4104/01 – Optoelektronika I (OPT I)

Garantující katedraKatedra telekomunikační technikyKredity6
Garant předmětuprof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.Garant verze předmětuprof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostvolitelný odborný
RočníkSemestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2010/2011Rok zrušení2011/2012
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
KOU137 Ing. Petr Koudelka, Ph.D.
LAT04 Ing. Jan Látal, Ph.D.
VAS40 prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 4+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 6+6

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Rozumět funkci optoelektronických prvků používaných v optických sítích. Učební výstupy jsou stanoveny tak, aby studenti byli schopni identifikovat, aplikovat a řešit úlohy z oblasti optoelektroniky.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři

Anotace

Předmět představuje úvod do studia problematiky optoelektroniky zaměřené na optické komunikace. Mimo úvodu, které představuje místo optických komunikací v dnešních komunikačních technologiích, se posluchači seznámí se základními vlastnostmi světla nezbytnými pro pochopení dějů v optických vláknech. Samotná optická vlákna jsou probírána ve dvou úrovních - základní popis a pokročilý popis. Tímto způsobem jsou popisována veškerá vlákna, mnohomódová, jednomódová, celoplastová. Jsou probírány veškeré vlastnosti od mechanismu vedení světla, přes útlumy a disperzní jevy. Jsou popisovány jak lineární, tak nelineární jevy ve vláknech.

Povinná literatura:

Ghatak,A.K., Thyagarajan,K.: Introduction to fiber optics. Cambridge University Press, 1.vydání, 1998, ISBN 0-521-577853 Agrawal,G.P.. Fiber optic communication systems. J.Wiley and Sons, 1.vydání, 1992, ISBN 0-471-54286-5 Hoss,R.J., Lacy,E.A.: Fiber Optics. Prentice Hall Inter.Inc. 2.vydání, 1993, ISBN 0-13-181389-7

Doporučená literatura:

Studijní opora pro Optoelektronika I

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Absolvování dvou testů ve cvičeních, odevzd¨ání protokolů z laboratorních cvičení

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

•Úvod do telekomunikací a optických vláken - Telekomunikace, základní představy, spojení bod-bod, sítě, informační kapacita přenosové trasy, přechod od analogových k digitálním přenosovým systémům, místo a role optických komunikačních systémů, historie a vývoj přenosových vlastností a parametrů optických vláken, vláknově optické komunikační systémy, základní blokový diagram optického přenosu informace, stávající stav v optických systémech, budoucí vývojové trendy •Světlo a jeho vlastnosti v přehledu - Rovinná elektromagnetická vlna, index lomu, přenos energie světelnou vlnou, lineárně polarizované světlo, kruhově a elipticky polarizované světlo, průchod světla čtvrtvlnou destičkou, interference světla, dvojpaprsková interference, koherence světla, Gaussovský svazek, difrakce Gaussovského svazku, světlo jako soubor paprsků, index lomu, odraz a lom světla, Brewsterův úhel, úplný vnitřní odraz, světlo jako tok fotonů, energetické stavy elektronu a přechod mezi nimi, absorpce a emise světla •Základy optických vláken 1 - Vedení světla v optických vláknech, vlákno se skokovou změnou indexu lomu jako základní optická komunikační struktura, úplný odraz na rozhraní jádra a pláště, indexy lomu jádra a pláště, mezní úhel na rozhraní jádro-plášť a mezní úhel šíření, zavedení světla do optického vlákna, příjmový kužel, numerická apertura, útlum optických vláken, ohybové ztráty, mikroohybové ztráty, rozptyl světla, absorpce světla, okna propustnosti optických vláken na SiO2, výpočet celkového útlumu optické trasy, přímá metoda měření útlumu optické trasy •Základy optických vláken 2 - Módová a chromatická disperze, pojem módu optického vlákna, počet vedených módů, fyzikální význam módů, módová disperze, mechanismus rozšíření světla ve vlákně módovou disperzí, výpočet rozšíření pulsu módovou disperzí, souvislost mezi módovou disperzí a přenosovou rychlostí optické trasy, první způsob řešení módové disperze – gradientní vlákna, základní struktura gradientních vláken, redukce módové disperze gradientními vlákny, druhé a principiální řešení módové disperze – jednomódová vlákna, struktura jednomódového vlákna, srovnání módové disperze jednotlivých typů optických vláken •Základy optických vláken 3 - Chromatická disperze, mechanismus vzniku chromatické disperze, výpočet rozšíření pulsu chromatickou disperzí, definice přenosové rychlosti a šířky pásma, souvislost přenosové rychlosti a šířky pásma, elektrická a optická šířka pásma, celková disperze a přenosová rychlost, výpočet přenosové rychlosti, specifikace přenosové rychlosti a šířky pásma výrobci optických vláken •Základy optických vláken 4 - Katalogové parametry optických vláken, všeobecné parametry, optické charakteristiky, geometrické charakteristiky optických vláken, specifikace pracovních podmínek optických vláken, mechanické charakteristiky, ostatní charakteristiky •Pokročilejší popis vlastností optických vláken 1 - Maxwellovy rovnice, interpretace Maxwellových rovnic, vlnová rovnice pro vakuum, řešení vlnové rovnice, rovinné vlny, šíření EM vln, vlnové rovnice pro harmonické EM pole, rozložení elektrické a magnetické složky v prostoru, šíření rovinných vln ve ztrátovém prostředí, fázová a skupinová(grupová) rychlost vln, skupinový(grupový) index lomu, EM vlny v ohraničeném prostředí, pravoúhlý vlnovod, módy vlnovodu, mezní frekvence a vlnové délky vlnovodu, pokročilý popis úplného vnitřního odrazu, jevy na rozhraní dvou bezztrátových dielektrik, fázový posuv při úplném odrazu a evanescentní pole, odrazivost, a propustnost na rozhraní dielektrik, vlastnosti evanescentních vln, Goos-Haenchenův posuv •Pokročilejší popis vlastností optických vláken 2 - Cylindrická vlákna, módy cylindrických vláken, LP módy, výběrová pravidla pro stavy EM vln ve vlákně, vlny a paprsky optického vlákna, meridionální a kosé paprsky, vedené, zářivé a vytékající módy, světelný výkon nesený optickým vláknem, distribuce výkonu mezi jádro a plášť, počet módů a měření útlumu •Pokročilejší popis vlastností optických vláken 3 - Mezní vlnová délka a mezní normalizovaná frekvence optického vlákna, souvislost mezní normalizované frekvence a úplného vnitřního odrazu, souvislost mezi rozložením výkonu po průřezu optického vlákna a mezní normalizované frekvence, efektivní index lomu •Pokročilejší popis vlastností optických vláken 4 - Útlum optických vláken, obecný přístup k pojmu útlum, intrinzitní absorpce, Rayleigho rozptyl, SiO2 vlákna, výběr pracovních vlnových délek, další materiály pro výrobu optických vláken, fluoridová vlákna, chalkogenní vlákna extrinzitní absorpce, ztráty ohybem, mikroohyby a makroohyby, vliv módové struktury na útlum vlákna, útlum a útlumová konstanta, disperze v multimódových vláknech, celková disperze a šířka pulsu, elektrická a optická šířka pásma, módová disperze a její mechanismus rozšíření pulsu •Pokročilejší popis vlastností optických vláken 5 - Chromatická disperze, odvození základní relace pro materiálovou disperzi, výpočty chromatické disperze podle katalogových parametrů, Sellmeierovy relace, vliv šířky spektrální čáry zdroje, vlnovodová diperze, popis přenosové rychlosti a šířky pásma multimódových vláken, výběr pracovní vlnové délky v závislosti na disperzi vlákna, vliv disperze na velikost útlumu •Základy jednomódových vláken (SM vláken) - Princip činnosti jednomódového vlákna, Gaussovský svazek, vliv jádra a pláště na průměr módového pole MFD, mezní vlnová délka SM vlákna, útlum SM vláken, makroohybové ztráty, mikroohybové ztráty, absorpce a rozptyl světla v SM vláknech, disperze a šířka pásma SM vláken, chromatická disperze, materiálová disperze, vlnovodová disperze, konvenční vlákna, vlákna s posunutou disperzní charakteristikou, vlákna s plochou disperzní charakteristikou, polarizační módová disperze (PMD), šířka pásma a přenosová rychlost SM vlákna, katalogové parametry SM vláken, všeobecné charakteristiky, přenosové charakteristiky, MFD a mezní vlnová délka, geometrické charakteristiky, mechanické vlastnosti SM vláken •Jednomódová vlákna – pokročilý popis 1 - Módové pole, Gaussův model a skutečné rozložení módového pole, mezní vlnová délka a normalizovaná frekvence vlákna, efektivní mezní vlnová délka, podrobnější popis útlumu v SM vláknech, ohybové ztráty SM vlákna se skokovým profilem indexu lomu, sofistikovanější profily indexu lomu SM vláken, řešení problematiky chromatické disperze v SM vláknech, řešení disperze pro vlákna pro WDM •Jednomódová vlákna – pokročilý popis 2 kompenzace chromatické disperze kompenzačními vlákny, návrh komunikačních systémů s kompenzačními vlákny, kompenzace disperze vlákny s Braggovou mřížkou (FGB vlákna), výroba FGB vláken, polarizační módová disperze (PMD), popis polarizace v SM vlákně, charakteristiky PMD, vlákna zachovávající polarizační stav, kompenzace PMD, nelineární jevy v optických vláknech, vliv nelineárních změn indexu lomu, vlastní fázová modulace optické vlny (SPM), solitony optického vlákna, přeslechová fázová modulace (XPM), čtyřvlné směšování (FWM) v SM vlákně, stimulované rozptylové jevy, trendy v návrhu optických vláken Cvičení 1. Bezpečnost práce v laboratoři s laserovým zářením, vlastnosti laserového světla 2. Výpočet útlumu optických tras 3. Výpočet výkonových úrovní optických tras 4. Výpočet módové disperze 5. Výpočet módové disperze gradientních vláken 6. Výpočet materiálové disperze 7. Test č.1 8. Měření útlumu optických vláken a kabelů 9. Měření útlumu optomechanických spojek a konektorů 10. Měření VA charakteristik LED a LD 11. Měření PI charakteristik LED a LD 12. Měření útlumu otických vláken a kabelů OTDR-metrem 13. Měření vlivu ohybů na útlum MM vláken 14. Test č.2

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2010/2011 zimní semestr, platnost do: 2010/2011 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100  51
        Zápočet Zápočet  
        Zkouška Zkouška  
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (B2649) Elektrotechnika (2602R014) Aplikovaná a komerční elektronika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (B2649) Elektrotechnika (3901R039) Biomedicínský technik (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (B2649) Elektrotechnika (3907R001) Elektroenergetika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T059) Mobilní technologie (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2649) Elektrotechnika (2601T004) Měřicí a řídicí technika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2649) Elektrotechnika (2612T015) Elektronika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2649) Elektrotechnika (3901T009) Biomedicínské inženýrství (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2649) Elektrotechnika (3907T001) Elektroenergetika (01) Exchange Students P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku
V - ECTS - mgr. 2011/2012 prezenční čeština volitelný odborný 401 - Studijní oddělení FEI stu. blok