440-4215/02 – Optické komunikace III (OK III)
| Garantující katedra | Katedra telekomunikační techniky | Kredity | 6 |
| Garant předmětu | Ing. Jan Látal, Ph.D. | Garant verze předmětu | prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | volitelný odborný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | angličtina |
| Rok zavedení | 2015/2016 | Rok zrušení | 2023/2024 |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Rozumět funkci optických přenosových tras.
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 navazuje na předchozí dva kurzy a doplňuje je o základy koncových zařízení. Posluchač by měl zvládnout po jeho absolvování všechny klíčové problémy, které se týkají sofistikovaných sítí, jak přístupových, tak páteřních, měl by zvládnout práci s dnes nejmodernějším SW pro návrh a simulaci vláknově optických sítí, měl by znát principy činnosti prvků a částí sítí, které výrazně zvyšují užitné vlastnosti sítí a tvoří dnes základ nejmodernějších vláknově optických sítí. Zároveň by měl rozumět rušivým jevům v sítích, jejich dopad na přenosové rychlosti a kapacity, měl by být schopen optimalizovat řešení sítí nejen z hlediska funkčního, ale také ekonomického.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Filka,M.: Optoelektronika pro telekomunikace a informatiku. ProfiberNetworking CZ,s.r.o., ISBN 987-80-86785-14-1
Látal, J., Koudelka, P., Svatuška, J., Hlavinka, T., Bednárek, L., Optické komunikace III, Studijní podklady, Ostrava, 2014, 90 str., ESF
Látal, J., Koudelka, P. a kolektiv, Optické vláknové zesilovače, Studijní podklady, Ostrava, 2014, 27 str., ESF
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Podmínky udělení zápočtu:
Absolvování testu č.1 a testu č.2
Odevzdání všech protokolů z měření
E-learning
Další požadavky na studenta
Podmínkou udělení zápočtu je odevzdání všech protokolů z laboratorních měření a simulací a úspěšné zvládnutí dvou testů.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
1. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 1 - Podmínky pro zesílení světla, inverze populace-popis, inverze populace a metody jejího dosažení, tříhladinové a čtyřhladinové systémy, optická zpětná vazba, děje v optickém rezonátoru, prahová podmínka pro zesílení v aktivním prostředí laseru, ztráty laserového rezonátoru, celkové zesílení a inverze populace, koeficient zesílení malých signálů
2. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 2 - Účinnosti laserových diod-vnitřní, vnější, diferenciální, výkonová, rezonátoru, prahové zesílení a šířka spektrální čáry, zářivé a nezářivé rekombinace a jejich vliv na účinnosti LD, podmínky vysoké účinnosti laserových diod(LD) na PN přechodu, funkce heterostruktur, popis účinnosti LD v E-k diagramu, charakteristiky laserových diod, prahový proud LD, spektrální vlastnosti LD, tvar zářivé stopy LD, příčné a podélné módy laserového záření, modulace LD
3. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 3 - Teoretická modulační rychlost LD, analogová a digitální modulace LD, rychlostní (modulační) rovnice LD, relaxační oscilace LD, odezva LD na jednotkový proudový skok, intenzitní modulace LD, chirp LD, šum laserových diod, RIN a jeho popis, moduly optických vysílačů, blokové schéma vysílače, řídicí obvody LD, vliv linkových kódů na přenosovou rychlost LD, obvodové řešení koncových stupňů optických vysílačů s LD a LED
4. Zdroje pro optické komunikace - pokročilý popis 4 - Stabilizace pracovního proudu, stabilizace optického výkonu, vazba světla LED-optické vlákno, vazba světla LD-optické vlákno, ochrana LD před zpětným světlem, integrální charakteristika optického vysílače-eye diagram, chyby konstrukce optických vysílačů a jejich projev v eye-diagramu, interní a externí modulátory signálu, Mach-Zehnderův modulátor, elektroabsorpční (Franz-Keldyšův) modulátor
5. Detektory a přijímače pro optické komunikace - pokročilý popis 1 - SNR a chybovost přijímače, šumové zdroje fotodiod, výstřelový šum, tepelný šum, temný proud, šum 1/f, šumový ekvivalentní obvod fotodiody, celkový šum, normovaná hodnota šumu, SNR PIN fotodiody, SNR APD fotodiody, závislost SNR na zesílení APD, šumový ekvivalentní výkon fotodiody (NEP), chybovost přenosu BER, chybovost přenosu a rozhodovací práh, chybová funkce (erf), komplementární chybová funkce (erfc)
6. Detektory a přijímače pro optické komunikace - pokročilý popis 2 - Popis BER-parametr Q, souvislost BER a SNR, chybovost vyjádřená pomocí parametru Q, minimální detekovatelný výkon fotodiody, souvislost chybovosti a minimálního detekovatelného optického výkonu, minimální počet fotonů na 1 přenesený bit, kvantová limita přijatého počtu fotonů
7. Přijímače pro optické komunikace Blokové schéma optického přijímače, vstupní díl přijímače, obvodové řešení obvodu fotodioda-předzesilovač, kvantizér, obvody časové synchronizace, obvod rozhodovací úrovně, katalogové údaje a parametry optických přijímačů
8. Prvky vláknově optických sítí 1 - Optické spoje typu bod-bod, vláknově optické sítě, TDM a WDM, včleňování a vydělování kanálů, regenerátory signálu v optických sítích a signálové zesilovače, pasivní a aktivní prvky vláknově optických sítí, vysílače pro vláknově optické sítě, požadavky na vysílače WDM sítí, laditelné lasery, přijímače pro optické sítě, požadavky na přijímače WDM sítí, zesilovače v optických sítích, funkce optických zesilovačů podle umístění v síti, princip činnosti polovodičového optického zesilovače (SOA), výhody a nevýhody SOA
9. Prvky vláknově optických sítí 2 - Fabry-Perotův zesilovač(F-P), zesilovač s průchozí vlnou(TW), zesílení F-P zesilovače, zesílení TW zesilovače, saturace zesílení, šířka pásma F-P zesilovače, šířka pásma TW zesilovače, přeslechy mezi kanály, polarizačně závislé zesílení, šum optických zesilovačů, zesílení spontánní emise, katalogové údaje a parametry polovodičových optických zesilovačů
10. Prvky vláknově optických sítí 3 - Erbiové vláknové zesilovače(EDFA), princip činnosti zesilovače, energetický pásový diagram, čerpání zesilovače, C-pás a L-pás, zesílení a šum EDFA, prvky EDFA modulů, spojování erbiem dotovaných vláken, způsoby zmenšení ztrát ve spojích, čerpací diody EDFA, katalogové údaje a parametry EDFA, další typy zesilovačů optických vláknových sítí
11. Pasivní prvky vláknově optických sítí 1 - Obousměrné vazební vláknově optické vazební členy(couplery), dělicí poměry vazebních členů, charakteristiky WDM vazebních členů, katalogové parametry a hodnoty vláknově optických děličů, mikrooptické a vlnovodové vazební členy, vazební délka, fázový nesoulad vazebních členů, WDM multiplexery a demultiplexery, širokopásmové a úzkopásmové WDM
12. Pasivní prvky vláknově optických sítí 2 - Mux/Dmuxy, WDM vlnovodné mřížky, WDM difrakční mřížky, vláknově optická Braggovská mřížka, užití WDM Muxů a DMuxů ve vydělovačích svazků a routerech, filtry, tenkovrstvé filtry, rezonátorové filtry, laditelné filtry, akustooptické filtry, optické izolátory, cirkulátory a útlumové články, proměnné atenuátory, katalogové parametry a údaje, optické spojovače a přepínače, optické maticové přepínače, konvertory vlnových délek
13. Vláknově optické systémy a sítě 1 – Analogové systémy, přímá intenzitní modulace, plánování systému, intenzitní modulace subnosné, intenzitní modulace se dvěma postranními pásmy, frekvenční modulace, fázová modulace, PAM, multiplexní strategie
14. Vláknově optické systémy a sítě 2 – Koherentní a fázově modulované systémy, principy koherentní detekce, modulační formáty, demodulační principy, diferenciální fázová modulace, ASK, FSK, PSK heterodynní detekce, ASK a PSK homodynní detekce, interferometrická přímá detekce DPSK, systémy s více nosnými, polarizační multiplex
Laboratorní měření:
1.cvičení - Seznámení s úlohami a simulačním SW
2-4.cvičení - Měření parametrů WDM PON
5.cvičení - úvod do simulačního SW Optisystem
6.cvičení - Test č.1
7.-12.cvičení - Simulace vybraných typů sítí a měření jejich parametrů v Optisystem
13.cvičení - test č.2
14.cvičení - kontrola projektů, náhradní měření
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.