Muhammad al-xorazmiy nomidagi toshkent axborot texnologiyalari universiteti farg‘ona filiali

MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI
FARG‘ONA FILIALI
5350100 – Telekommunikatsiya texnologiyalari ta’lim yo‘nalishi

IV– kurs, 633-20 guruhi talabasi

Rahmatov Akbarjon

Optik aloqa tizimlari fanidan tayyorlagan


Amaliyot ishlari

Qabul qildi: Madaminov M.

Farg‘ona 2023

Nazorat savollari

1.Optik signallarning qanday xususiyatlarini bilasiz?
2.Optik aloqani qo‘llanish sohalarini tushuntiring.
3.OA tizimlari elektrik tizimlardan qanday xususiyatlari bilan farqlanadi?
4.Optik tola qanday tuzilgan?
5.Optik tola qanday materiallardan tayyorlanadi?
6.Qaysi holatda yorug‘lik nuri faqatgina o‘zak bo‘ylab tarqaladi?
7.Sonli apertura va burchak aperturasi tushunchalarini ta’riflang.

1. Optik signallar to'lqin uzunligi, intensivlik, polarizatsiya va faza kabi bir qancha xususiyatlarga ega. To'lqin uzunligi yorug'lik signalining rangi yoki chastotasini bildiradi. Intensivlik signalning yorqinligi yoki kuchiga ishora qiladi. Polarizatsiya yorug'lik to'lqinidagi elektr maydon tebranishlarining yo'nalishini anglatadi. Faza toʻlqin choʻqqilari va pastliklarining nisbiy oʻrnini bildiradi.

2. Optik aloqa keng doiradagi ilovalarga ega. U odatda telekommunikatsiyalarda uzoq masofalarga ma'lumotlarni uzatish uchun ishlatiladi, masalan, optik tolali tarmoqlarda. Shuningdek, u tibbiy tasvirlash, sensorli tizimlar, harbiy qoʻllanmalar va ilmiy tadqiqotlarda qoʻllaniladi.
3. Optik tizimlar elektr tizimlariga nisbatan bir qancha afzalliklarga ega. Ular signal sifatini sezilarli darajada yo'qotmasdan ma'lumotlarni uzoq masofalarga uzatishi mumkin. Optik signallar elektromagnit parazitlarga qarshi immunitetga ega va yuqori tarmoqli kengligini qo'llab-quvvatlaydi. Shuningdek, ular xavfsizroq, chunki elektr signallari bilan solishtirganda ularni bosish yoki ushlab turish qiyin.
4. Optik tolalar tolalarni chizish deb ataladigan jarayon orqali amalga oshiriladi. Bu uzun, ingichka tola hosil qilish uchun shisha yoki plastmassadan yasalgan silindrsimon novda bo'lgan preformni isitish va cho'zishni o'z ichiga oladi. Preform shisha yoki plastmassa materiallar qatlamlarini novda shaklidagi substratga kimyoviy bug'larni cho'ktirish yoki ekstruziya kabi usullardan foydalangan holda joylashtirish orqali amalga oshiriladi.
5. Optik tolalar asosan shisha yoki plastmassa materiallardan tayyorlanadi. Shisha tolalar kam yo'qotish va yuqori o'tkazish qobiliyati tufayli uzoq masofali telekommunikatsiyalarda keng qo'llaniladi. Boshqa tomondan, plastik tolalar arzonligi va moslashuvchanligi tufayli uy tarmog'i yoki sanoat tizimlari kabi qisqa masofali ilovalarda qo'llaniladi.
6. Yorug'likning tushish burchagi kritik burchakdan kichikroq bo'lganda yorug'lik nurlari faqat optik tolaning yadrosi bo'ylab tarqaladi. Bu hodisa to‘liq ichki aks etish deb nomlanadi, bu yorug‘likning sezilarli yo‘qotish yoki dispersiyasiz tola bo‘ylab tarqalishiga imkon beradi.
7. Raqamli diafragma (NA) optik tolaning yorug'lik to'plash qobiliyatining o'lchovidir. U tolaning yadrosiga kirishi mumkin bo'lgan va hali ham tarqaladigan yorug'likning maksimal burchagi sinusi sifatida aniqlanadi. Boshqa tomondan, burchakli diafragma tolaning o'qiga nisbatan tolaga kirishi mumkin bo'lgan yorug'likning maksimal burchagiga ishora qiladi. Bu tushunchalar optik tolalarning yorug‘likni qabul qilish va fokuslash imkoniyatlarini aniqlashda muhim ahamiyatga ega.
3 Amaliy mashg’ulot savollari
1. Optik tolalarning egilishi xisobiga so‘nishlarning ortishini qanday sabablari bor?
2. Optik tola bo‘ylab uzatilayotgan optik signalning quvvatini o‘zgarishi optik tolaning egilish radiusiga qanday bog‘langan?
3. Optik tolaning egilish xisobiga so‘nishlarning ortishini giometrik optika nuqtai nazaridan tushuntiring. 4. Optik tolaning egilish xisobiga so‘nishlarning ortishini elektrodinamika nuqtai nazaridan tushuntiring.

Optik tolalarning egilishi tufayli kuchsizlanishning oshishi geometrik optika va elektrodinamika bilan bog'liq bo'lishi mumkin.

Geometrik optika nuqtai nazaridan, optik tola egilganda, tola bo'ylab o'tadigan yorug'lik nurlari yo'nalishini o'zgartiradi. Yo'nalishdagi bu o'zgarish nurlarning tolali yadro qoplamasi interfeysiga kritik burchakdan kattaroq burchak ostida urishiga olib keladi va yorug'lik energiyasining oqib ketishiga olib keladi. Bu oqish yorug‘likning egilgan tolalar bo‘ylab tarqalishi natijasida kuchsizlanishga olib keladi.

Elektrdinamika nuqtai nazaridan, tolaning egilishi sindirish ko'rsatkichi profilidagi o'zgarishlarga va boshqariladigan yorug'lik rejimining taqsimlanishiga olib kelishi mumkin. Ushbu o'zgarishlar tarqalish va rejimlarni ulashning kuchayishiga olib kelishi mumkin, bu esa o'z navbatida optik signalning zaiflashishiga olib keladi. Bundan tashqari, egilish mikroblanish yoki makrobilish yo‘qotishlarini keltirib chiqarishi mumkin, bunda tola mos ravishda kichik yoki katta miqyosdagi deformatsiyalarni boshdan kechiradi, bu esa qo‘shimcha zaiflashuvga olib keladi.

Egish natijasida zaiflashuvning oshishi ham tolaning egilish radiusi bilan bog'liq. Kichikroq egilish radiusi tolaning qattiqroq egilishiga va yuqori egriligiga olib keladi. Bu geometrik optika va elektrodinamika mexanizmlari orqali yo'qotishni oshirishi mumkin, chunki yorug'lik nurlari yo'nalishda katta o'zgarishlarni boshdan kechiradi va ko'proq tarqalish va rejimlarni ulash effektlariga duch keladi. Shuning uchun, egilish radiusi kamayishi bilan optik signalning zaiflashuvi ortib boradi.

4 Amaliy mashg’ulot savollari

1. Lazer diodining tuzilishi va ish prinsipiga tavsif bering. Bu prinsip kvant mexanikasining qaysi fundamental qoidalariga asoslanadi?

2. Lazer diodi nurlanishining xususiyatlariga tavsif bering.
3. Ikki yoqlama geterotuzilishli lazer diodining energetik diagramma-sini chizib ko‘rsating, bu turdagi lazer diodining ish jarayonini tavsiflang.
4. Lazer diodining volt-amper va vatt-amper xarakteristikalariga tavsif bering.
5. Tashqi muhit haroratining o‘zgarishi lazer diodi nurlanish spektri va quvvatiga qanday ta’sir etadi ?
6. Bir modali va ko‘p modali lazer diodlarining spektral xarakteristika-larini tavsiflang. Bu xarakteristikalar yorug‘lik diodining spektral xarakteristikasidan qanday farq qiladi?
7. Bir modali lazer diodlarining qanday turlari mavjud? Ularning ish xususiyatlarini tavsiflang.
8. Optik aloqa tizimi uzatuvchi modulining vazifasi va tuzilishini tavsiflang.
9. Optik signallarni spektr bo‘yicha zichlashtirishda bir modali lazer diodlarining qaysi turlaridan foydalaniladi?

Lazerli diodning tuzilishi odatda galliy arsenididan (GaAs) tayyorlangan yarimo'tkazgichli materiallarning bir necha qatlamlaridan iborat. U har xil qo'shilgan yarimo'tkazgichli materialning ikki qatlami orasiga qo'yilgan faol hududga ega bo'lib, p-n birikmasini hosil qiladi. Faol mintaqa yorug'lik paydo bo'ladigan joy. P-n o'tish joyida oldinga siljish kuchlanishi qo'llanilganda, elektronlar va teshiklar faol hududga AOK qilinadi. Elektronlar va teshiklar qayta birlashganda, ular fotonlar shaklida energiya chiqaradi va yorug'lik hosil qiladi. Bu jarayon kvant mexanikasi tamoyillariga, xususan, elektron-teshik rekombinatsiyasi va fotonlar emissiyasi tushunchasiga asoslanadi.

Lazerli diodli nurlanish bir qancha xususiyatlarga ega. Bu kogerentdir, ya'ni chiqarilgan yorug'lik to'lqinlari qat'iy fazaviy munosabatlarga ega, natijada tor yorug'lik nurlari paydo bo'ladi. U monoxromatik bo'lib, yarimo'tkazgich materialining energiya diapazoni bilan belgilanadigan ma'lum bir to'lqin uzunligi yoki rangdagi yorug'lik chiqaradi. Lazer diodli nurlanish ham yuqori yo'nalishga ega bo'lib, tor nurlanish farqiga ega bo'lib, diqqatni jamlagan va aniq ilovalarga imkon beradi. Bundan tashqari, lazer diodli nurlanish yuqori intensivlikka ega, bu esa chiqarilgan yorug'likning konsentrlangan quvvatiga ishora qiladi.
Afsuski, matnga asoslangan sun'iy intellekt sifatida men diagramma chiza olmayman. Biroq, men ikki tomonlama heterostrukturali lazer diyotining energiya diagrammasini tasvirlay olaman. Ushbu turdagi lazer diodasida turli xil energiya diapazonlari bo'lgan yarimo'tkazgich materialining ikkita alohida qatlami mavjud. Ushbu qatlamlar orasida faol mintaqa joylashgan. Oldinga yo'naltirilgan kuchlanish qo'llanilganda, elektronlar va teshiklar faol hududga AOK qilinadi. Elektronlar va teshiklar qayta birlashadi va fotonlar shaklida energiya chiqaradi. Energiya diagrammasi lazer diodining ishlashi paytida turli qatlamlarning energiya darajalarini va elektronlar va teshiklarning harakatini ko'rsatadi.
Lazerli diodaning volt-amper xarakteristikasi diodda qo'llaniladigan kuchlanish va u orqali o'tadigan oqim o'rtasidagi munosabatni tavsiflaydi. U odatda chiziqli bo'lmagan xatti-harakatni namoyon qiladi, lazer ta'sirini boshlash uchun pol kuchlanish talab qilinadi. Chegara kuchlanishidan pastroq oqim past bo'lib qoladi. Chegara kuchlanishidan oshib ketgandan so'ng, oqim kuchlanishning engil ortishi bilan tez ortadi. Lazerli diyotning vatt-amper xarakteristikasi optik quvvat chiqishi va elektr quvvati o'rtasidagi munosabatni tavsiflaydi. U lazer diodining elektr quvvatini yorug'lik chiqishiga aylantirishdagi samaradorligini ko'rsatadi.
Tashqi muhit haroratining o'zgarishi lazer diodining nurlanish spektri va quvvatiga ta'sir qilishi mumkin. Haroratning oshishi bilan, yarimo'tkazgich materialining energiya diapazoni haroratiga bog'liqligi sababli, chiqarilgan yorug'likning to'lqin uzunligi biroz o'zgarishi mumkin. Bu radiatsiya spektrining o'zgarishiga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, lazer diodining quvvat chiqishi haroratga ta'sir qilishi mumkin. Yuqori haroratlar lasing uchun zarur bo'lgan chegara oqimining oshishiga olib kelishi mumkin, natijada quvvat chiqishi kamayadi. Lazer diyotini sovutish harorat bilan bog'liq bu ta'sirlarni yumshatishga yordam beradi.

Bir rejimli va ko'p rejimli lazer diodlarining spektral xarakteristikalari ular chiqaradigan to'lqin uzunliklari yoki yorug'lik ranglari diapazoniga ishora qiladi. Yagona rejimli lazerli diodlar tor spektrli diapazonda, odatda chiziq kengligi bir necha nanometr yoki undan kam bo'lgan yorug'lik chiqaradi. Bu juda kogerent va monoxromatik yorug'lik nuriga olib keladi. Boshqa tomondan, ko'p rejimli lazerli diodlar kengroq spektrli diapazonda, kengroq chiziq kengligida yorug'lik chiqaradi. Bu bitta rejimli lazer diodlari bilan solishtirganda kamroq kogerent va kamroq monoxromatik yorug'lik nuriga olib kelishi mumkin. Yorug'lik chiqaradigan diodlarning (LED) spektral xarakteristikalari lazerli diodlardan farq qiladi.

LEDlar odatda kengroq toʻlqin uzunliklari diapazonida yorugʻlik chiqaradi, bu esa lazer diodlariga qaraganda kengroq chiziq kengligi va past kogerentlikka olib keladi.
Bir rejimli lazerli diodlarning har xil turlari mavjud, jumladan, taqsimlangan qayta aloqa (DFB) lazer diodlari, taqsimlangan Bragg reflektorli (DBR) lazerli diodlar va tashqi bo'shliq lazerli diodlar. Ushbu lazerli diodlar bitta uzunlamasına rejimda yorug'lik chiqarish uchun mo'ljallangan, buning natijasida juda kogerent nur hosil bo'ladi. Ular odatda tor chiziq kengligiga ega va yuqori spektral tozalik va barqarorlikni talab qiladigan ilovalarda qo'llaniladi. Yagona rejimli lazerli diodlarning ish xususiyatlariga bitta rejimli ishlash, past chegara oqimi, yuqori chiqish quvvati va tor spektral chiziq kengligi kiradi.
Optik aloqa tizimining transmitter moduli optik tolalar orqali uzatish uchun elektr signallarini optik signallarga aylantirish uchun javobgardir. U yorug'lik manbai sifatida lazer diodi yoki LED, optik tashuvchiga elektr signalini kodlash uchun modulyator va yorug'likni ulash va yo'naltirish uchun linzalar va tolalar kabi optik elementlarni o'z ichiga olgan bir nechta komponentlardan iborat. Transmitter modulining vazifasi optik aloqa tizimlarida samarali va ishonchli uzatish uchun toʻlqin uzunligi, quvvat va modulyatsiya formati kabi kerakli xususiyatlarga ega optik signallarni yaratishdan iborat.
Bir rejimli lazerli diodlar odatda optik aloqa tizimlarida optik signallarni kuchaytirish yoki kuchaytirish uchun ishlatiladi. Ular taqsimlangan qayta aloqa kuchaytirgichlari (DFBA) va erbiy qo'shilgan tolali kuchaytirgichlar (EDFA) kabi turli xil konfiguratsiyalarda qo'llanilishi mumkin. Ushbu kuchaytirgichlar optik signallarda ma'lum to'lqin uzunliklarini yoki kanallarni kuchaytirish uchun bitta rejimli lazer diodlarining tor chiziq kengligi va yuqori muvofiqligidan foydalanadi. Bu optik aloqa tizimlarida signal sifatini oshirish va uzatish masofasini kengaytirishga yordam beradi.
5 Amaliy mashg’ulot savollari

1. Yorug‘lik nurlanishi optik eltuvchisini modulyatsiyalash jarayoniga ta’rif bering.

2. Optik eltuvchini yorug‘lik to‘lqinining qaysi parametrlari bo‘yicha modulyatsiyalash mumkin?
3. Optik eltuvchini modulyatsiyalashning qanday usullari mavjud?
4. Yorug‘lik diodi va lazer diodi intesivligini analog elektr signali ta’sirida modulyatsiyalash jarayonini tavsiflang.
5. tavsiflang.
6. Optik nurlanishni tashqi va ichki usul bilan modulyatsilashda qaysi fizik hodisalardan foydalaniladi?
7. Elektrooptik hodisalar (Pokkels va Kerr effektlari)ning mohiyatini tushuntiring.
8. Akustooptik hodisalar (Bregg va Raman-Nat effektlari)ning mohiyatini tushuntiring.
9. Magnitooptik hodisa (Faradey effekti)ning mohiyatini tushuntiring.
10. Yorug‘lik nurlanishini modulyatsiyalash maqsadida qo‘llaniladigan fotoo‘tkazuvchanlik, fotoxrom va fotokristalik hodisalarning mohiyatini tushuntiring.
11. Optik modulyatorning qanday xillari mavjud?
12. Ish mexanizmining xususiyatlariga ko‘ra optik modulyatorlar qanday guruhlarga ajratiladi?

* Yorug'lik nurlanishining optik tashuvchisini modulyatsiya qilish jarayoni axborotni tashuvchi to'lqinga kodlash uchun tashuvchi to'lqinning amplitudasi, chastotasi yoki fazasi kabi ma'lum parametrlarini o'zgartirishni o'z ichiga oladi.

* Modulyatsiya qilinishi mumkin bo'lgan optik tashuvchining yorug'lik to'lqini parametrlariga amplituda, chastota, faza va polarizatsiya kiradi.
* Optik tashuvchini modulyatsiya qilishning bir necha usullari mavjud, jumladan amplitudali modulyatsiya (AM), chastota modulyatsiyasi (FM), fazali modulyatsiya (PM) va intensivlik modulyatsiyasi (IM).
* Analog elektr signali ta'sirida yorug'lik diodi yoki lazer diodining intensivligini modulyatsiya qilish jarayonida elektr signali diodaga berilgan oqim yoki kuchlanishni boshqarish uchun ishlatiladi, bu esa o'z navbatida kuchlanishning intensivligiga ta'sir qiladi. yorug'lik chiqaradi.
* Fiziklar optik nurlanishni modulyatsiya qilish uchun tashqi va ichki usullardan foydalanadilar. Tashqi modulyatsiya optik signal ishlab chiqarilgandan so‘ng uni manipulyatsiya qilishni o‘z ichiga oladi, ichki modulyatsiya esa optik manbaning xususiyatlarini bevosita modulyatsiya qilishni o‘z ichiga oladi.
* Pockels effekti va Kerr effekti elektrooptik hodisalardir. Pockels effekti elektr maydoni ta'sirida materialning sindirish ko'rsatkichining o'zgarishini, Kerr effekti esa materialning elektr maydoni ta'sirida qutblanishi tufayli sinishi ko'rsatkichining o'zgarishini bildiradi.
* Bragg effekti va Raman-Nath effekti akusto-optik hodisalardir. Bragg effekti materialdagi akustik to‘lqin ta’sirida yorug‘likning difraksiyasini o‘z ichiga oladi, Raman-Nath effekti esa yorug‘likning sinishi indeksi davriy o‘zgarib turadigan muhitda akustik to‘lqin ta’sirida difraksiyasini bildiradi.
* Faraday effekti magnit-optik hodisa boʻlib, unda magnit maydon taʼsirida materialdan oʻtganda yorugʻlikning qutblanish tekisligi aylanadi.
* Fotoo'tkazuvchanlik, fotoxrom va fotokristal hodisalar yorug'lik nurlanishini modulyatsiya qilish uchun ishlatiladi. Fotoo'tkazuvchanlik yorug'lik ta'sirida materialning elektr o'tkazuvchanligining o'zgarishini, fotoxrom hodisalari yorug'lik ta'sirida materialning rangi yoki xiralashishini o'z ichiga oladi, fotokristal hodisalar esa yorug'lik ta'sirida materialning kristalli tuzilishining o'zgarishini anglatadi.
* Optik modulyatorlarning har xil turlari mavjud, jumladan intensivlik modulyatorlari, fazali modulyatorlar, chastota modulyatorlari va amplituda modulatorlari.
* Optik modulyatorlarni elektro-optik modulyatorlar, akusto-optik modulyatorlar, magnit-optik modulyatorlar va foto-optik modulyatorlar kabi ish mexanizmi xususiyatlariga ko‘ra guruhlarga bo‘lish mumkin.