מחבר: צוות חינוך טכנולוגי מטח

שנת ההוצאה: תשס"ז - 2007

מילות מפתח: מערכות תקשורת; תקשורת אלקטרואופטית

התקשורת האופטית שונה מסוגי תקשורת אחרים. הגלים הנעים כאן - הם גלי אור. רוחב הפס בתקשורת אופטית, גדול בהרבה מאשר בתקשורת רדיו. גלי רדיו מסוגלים לעקוף מכשולים ולעקובאחר מעטפת כדור הארץ, ואילן קוי אור מתקדמים בקו ישר בלבד-בגלל אורך הגל הקצר שלהם. הדבר מגביל אותם לתקשורת אלחוטית בקו ראיה (לכל היותר, עשרות קיומטרים). בשטח בנוי, תקשורת אלחוטית כזו כלל אינה מעשית, לכן התקשורת האופטיתההמונית מתבצעת באמצעות רשת של סיבים אופטיים, שכל אחד מהם מוליך את האור מנקודה לנקודה. הספר דן בעקרונות הפיזיקליים, שעליהם מתבססת התקשורת האלקטרואופטית, במקורות אור וגלאי אור שונים, במבנה ותכונות הסיבים האופטיים ובמאפייניהם של מערכות תקשורת אופטית. הספר כולל דוגמאות, שאלות ותרגילים. אל הספר

נושא/נושאים: , הנדסת אלקטרוניקה ומחשבים

תוכן הספר:

• מערכות תקשורת: תקשורת אלקטרואופטית

• תוכן העניינים

• הקדמה

• 1 מבוא לתקשורת אופטית

• 1.1 סוגים שונים של מערכות תקשורת מודרניות

• 1.2 תקשורת אלחוטית המונית - ותקשורת אופטית

• 1.3 מבנה של ערוץ תקשורת אופטית

• איור ‭1.1‬ מבנה עקרוני של ערוץ תקשורת אופטית

• 1.4 ציוני דרך בהתפתחות התקשורת האופטית

• סיכום פרק 1

• 2 אופטיקה גאומטרית ואופטיקה פיזיקלית

• 2.1 על האופי החלקיקי־גלי של האור

• 2.2 האור כגל אלקטרו-מגנטי

• איוו־ ‭2-1‬ גל אלקטרו-מגנטי מישורי

• 2.2.1 הספקטרום האלקטרו-מגנטי

• איור ‭2-2‬ הספקטרום האלקטרו-מגנטי

• טבלה ‭2-1‬ יחידות שונות לציון אורך הגל של האור

• ‭l-l vbvo‬ יחידות שונות לציון תדר גבוה

• איור ‭2-3‬ אורכי גל ותדרים בתחום האור הנראה

• 2.2.2 התפשטות של אור בחומר

• 2.3 מושגים באופטיקה גאומטרית

• 2.3.1 קרני אור

• איור ‭2-4‬ אלומות קרניים

• 2.3.2 חוקי ההחזרה

• איור ‭2-5‬ קרן פוגעת וקרן מוחזרת, זווית פגיעה וזווית החזרה

• 2.3.3 שבירת אור

• איור ‭2-6‬ החזרה ושבירה של אור

• 2.3.4 שבירה, החזרה. חוק סנל והזווית הקריטית

• טבלה ‭2-3‬ מהירויות האור בתווכים שונים (ביחידות של ‭s (-^‬ כשאורך הגל הוא ‭X = 587.5 nm‬

• טבלה ‭2-4‬ מקדמי שבירה בתווכיס שונים (כשאורך הגל הוא ‭U = 587.5 nm‬

• איור ‭2-7‬ זווית הפגיעה, זווית השבירה ומקדמי השבירה במפגש בין שני תווכים אופטיים שקופים, כאשר ‭n x < n 2‬

• איור ‭2-8‬ שבירת קרני אור בין שני תווכים, בשני כיוונים שונים

• איור ‭2-9‬ קרן אור נשברת במעבר לתווך אופטי, שמקדם השבירה שלו נמוך ממקדם השבירה של התווך, שממנו באה הקרן. למשל, הקרן עוברת ממים לאוויר

• טגלה ‭2-5‬ ערכים של זוויות הפגיעה והשבירה של קרני האור במפגש בין אוויר למים (הקרן מגיעה מכיוון המיס)

• איור ‭2-10‬ החזרה פנימית מלאה וזווית קריטית

• 2.4 אופטיקה פיזיקלית

• 2.4.1 התאבכות

• איור ‭2-11‬ תבניות התאבכות אופייניות

• איור ‭2-12‬ התאבכות בונה של שני גלים בעלי מופע זהה

• אייר ‭2-13‬ התאבכות הורסת בין שני גלים בעלי מופע הפוך

• איור ‭2-14‬ גלים עומדים במיתר של כלי נגינה

• 2.4.2 עקיפה

• איור ‭2-15‬ חלקיקים נעים ימינה י חלק עוברים דרך הסדק, וחלק פוגעים בלוחות ומוחזרים

• איור ‭2-16‬ תמונת עקיפה המתקבלת בהקרנת גל אור (אלומת לייזר) על מחסום אטום, ‭^>‬יש בו סדק צר.

• 2.4.3 נפיצה

• איור ‭2-17‬ התלות של מקדם השבירה של חומרים שונים באורך הגל של האור, הנע באותם חומרים

• איור ‭2-18‬ נפיצת אור לבן הפוגע במנסרה משולשת

• 2.4.4 קיטוב

• איור ‭2-19‬ חזית הגל וכיוון ההתקדמות של גל אלקטרו-מגנטי

• איור ‭2-20‬ אור רגיל ואור מקוטב

• שאלות לפרק 2

• סיכום פרק 2

• 3 הסיב האופטי

• 3.1 מבוא

• איור ‭3-1‬ סיב אופטי

• איוו ‭3-2‬ כבל אופטי מרובה סיבים

• איור ‭3-3‬ אור נע בתוך סיב הכולל מעטה: מקדם השבירה של המעטה קטן מזה של הליבה

• 3.2 הנחיית אור במנחה גל אופטי מישורי (פרוסה אופטית)

• איור ‭3-4‬ שני סוגים של מנחה גל

• א»ור ‭3-5‬ הנחיית אור במנחה גל אופטי חד-ממדי

• איור ‭3-6‬ סדרה של החזרות פנימיות מלאות בתוך פרוסה שקופה

• איור ‭3-7‬

• איור ‭3-8‬ סדרה של החזרות מלאות בתוך מנחה גל חד-ממדי

• איור ‭3-9‬ שתיים מהקרניים המתפשטות במנחה גל אופטי. הקרן השחורה מייצגת את האופן הבסיסי, והקרן האפורה מייצגת אופן גבוה יותר.

• 3.3 הנחיית אור בסיב אופטי

• איור ‭3-10‬ תבניות השדה הקרוב לגבי שלושה אופני התפשטות של סיב אופטי: האופן היסודי, ושניים מן האופנים הגבוהים של סיב אופטי

• 3.4 צימוד אור לסיב אופטי

• איור ‭3-11‬ זווית הקליטה

• 3.5 מגבלות הנחיית האור בסיב

• 3.5.1 הניחות בסיב

• איוו ‭3-12‬ פיזור אור על-ידי מכשולים גדולים

• אייר ‭3-13‬ סיב שיש לו הספק מבוא ‭P in‬ והספק מוצא ‭/> ow‬

• איור ‭3-14‬ הפסדי סיב סיליקה בין ‭0.7 \xm‬ לבין ותגן ‭1.6‬

• איור ‭3-15‬ הפסדי קרינה הנגרמים בשל שינויים בקוטר הסיב

• איור ‭3-16‬ השפעת כיפוף גדול (מקרו-כיפוף) על ההפסד בסיב אופטי

• 3.5.2 נפיצה בסיב

• איור ‭3-17‬ התרחבות של דופק האור

• איוו ‭3-18‬ נפיצה בין-אופנית,י אופן יסודי ואופן גבוה (קריטי)

• איור ‭3-19‬ השפעת הנפיצה על קליטה של סדרת דפקים, בשני קצבים שונים

• 3.5.3 בחירת אורך הגל המתאים

• טבלה ‭3-1‬ נתוני ניחות ונפיצה צבעית בשלושת החלונות הספקטראליים בסיב אופטי חד-אופני רגיל

• 3.6 סוגים של סיבים

• א>ור ‭3-20‬ סוגים שונים של סיבים, ולצדם פרופיל מקדם השבירה וממדים אופייניים לסיבי תקשורת מהסוגים האלה

• 3.6.1 סיבי מדרגה רב-אופניים

• טבלה ‭3-2‬ סיבי מדרגה רב-אופניים טיפוסיים

• 3.6.2 סיבים בעלי מקדם שבירה הדרגתי

• איור ‭3-21‬ סיב בעל פרופיל הדרגתי

• 3.6.3 סיבים חד-אופניים

• איור ‭3-22‬ זוויות הקליטה של סיב מדרגה חד-אופני ושל סיב מדרגה רב-אופני

• 3.6.4 סיבים פלסטיים

• ‭% D n D tz‬ ‭/ - r‬ ־\ ‭> S D‬

• שאלות לפרק 3

• סיכום פרק 3

• 4 מקורות אור בתקשורת אופטית

• 4.1 מאפיינים כלליים

• 4.1.1 הספק המוצא של המקור

• 4.1.2 הגדרות של יעילות

• 4.1.3 אורך הגל ורוחב הקו

• 4.1.4 אפנון וזמן תגובה

• א>ור ‭4-1‬ זמני עלייה,ירידה והשהיה

• 4.1.5 יציבות ואמינות

• 4.1.6 בטיחות

• 4.2 העקרונות של פליטת אור

• 4.2.1 פליטה ספונטנית

• 4.2.2 פליטה מאולצת

• 4.3 דיודות פולטות אור (דפ" א; LED)

• 4.3.1 מבנה פשוט של LED

• איור ‭4-2‬ מבנה של פולט אור פשוט

• א»ור ‭LED 4-3‬ משטחי בעל מבנה מעורב כפול

• 4.3.2 מאפיינים של LED

• איור ‭4-4‬ אופיין מתח-זרם של דפ"א טיפוסית

• איור ‭4-5‬ שטף קרינה בתלות בזרם קדמי ישר בדפ"א טיפוסית (שני הגרפים מייצגים דיודות פולטות אור הפועלות ברמות הספק שונות)

• איור ‭4-6‬ תגובה ספקטראלית טיפוסית של LED

• איור ‭4-7‬ גרף אופייני של ההתפלגות הזוויתית של קרינת LED

• איור ‭4-8‬ זמני עלייה וירידה

• א‭>>‬ר ‭4-9‬ תיאור של LED מסוג ‭NDL4201A‬ (ההמשך בעמוד הבא) מתוך. י ‭NEC Coloration, Mountain View, Calif.‬

• ‭iwn 4-9 ^»N‬־ ‭NDL4201 A vioa LED bw‬ (המשך)

• 4.4 דיודות לייזר

• 4.4.1 מבנה בסיסי של דיודת לייזר

• איור ‭4-10‬ מבנה בסיסי של לייזר מוליך למחצה

• איוו ‭4-11‬ ספקטרום הפליטה של שתי דיודות לייזר

• 4.4.2 מאפיינים של דיודת לייןר

• איור 2ג‭4-‬ דיודת לייזר מסוג ‭NDL5004‬ (המשך בעמוד הבא)

• איור ‭4-12‬ דיודת לייזר מסוג ‭NDL5004‬ (המשך בעמוד הבא)

• איור ‭4-12‬ דיודת לייזר מסוג ‭NDL5004‬ (המשך) המקור ו ‭NEC Corporation, Mountain View, Calif.‬

• שאלות לפרק 4

• סיכום פרק 4

• 5 גלאים אופטייים

• 5.1 מבוא

• 5.2 מאפיינים של גלאי פוטוני

• 5.2.1 עקרון הפעולה הבסיסי

• איור ‭5-1‬ היווצרות זוג אלקטרון-חור

• 5.2.2 יעילות קוואנטית

• 5.2.3 תגובתיות

• 5.2.4 גרף התגובתיות הספקטראלית

• איור ‭5-2‬ תגובתיות ספקטראלית של גלאי סיליקון אידיאלי ושל גלאי מעשי

• 5.2.5 אורך הגל השיאי

• 5.2.6 הספק שקול-רעש (NEP)

• 5.2.7 זמני העלייה והירידה של גלאים; ותדר הקיטעון

• 5.2.8 שטח פעיל

• 5.3 סוגי גלאים

• 5.3.1 פוטו-דיודה מסוג PN

• איור ‭5-3‬ פוטו-דיודה במקדם אחורי - עקרון הפעולה וסימול

• 5.3.2 פוטו-דיודה מסוג PIN

• איור ‭5-4‬ דיודת PIN

• 5.3.3 פוטו-דיודה מסוג מפולת

• 5.3.4 השוואה בין סוגי הגלאים

• טבלה ‭5-1‬ השוואה בין גלאי אור מסוגים שונים

• 5.4 דוגמה לגלאי מעשי

• אי1ר ‭5-5‬ קטע מתוך דף נתונים של כמה פוטו-דיודות PIN העשויות מסיליקון, של חברת Hamamatsu (המשך בעמוד הבא)

• ‭5-S vw‬ (המשך)

• 5.5 מעגלי גילוי - מקלטים אופטיים

• 5.5.1 מעגלי PIN-1 PN

• איוו ‭5-6‬ אופייני ‭V-1‬ טיפוסיים של פוטו-דיודה באדיבות: ‭Hamamatsu Corporation, Bridgewater, N. J.‬

• איוו ‭5-7‬ מעגלי פוטו-דיודה בסיסיים

• איור ‭5-8‬ מעגלי גלאי עם מגבר שרת

• 5.5.2 מעגלי PIN-FET

• איור ‭5-9‬ מגבר טת"ש לפוטו-דיודה, המיועד לאות חילופין אנלוגי

• איור ‭5-10‬ מעגל קליטה לפוטו-דיודה (עם מבוא טת"ש) ו המעגל מיועד לאות ספרתי

• שאלות לפרק 5

• סיכום פרק 5

• 6 מערכות תקשורת אופטית

• 6.1 מבוא

• איור ‭6-1‬ תיאור עקרוני של רשת אופטית ושל שלושת חלקיה העיקריים ו ערוץ עורקי, רשת עירונית ורשת גישה

• אייר ‭6-2‬ מבנה של רשת התקשורת האופטית הנבנית כיום

• 6.2 עקרונות של ערוץ תקשורת בסיב אופטי

• איוו ‭6-3‬ מבנה של ערוץ תקשורת בסיב אופטי ו למעלה - העברת מידע ספרתי ו למטה - העברת מידע אנלוגי

• 6.2.1 קידוד סיביות המידע

• איור ‭6-4‬ תבניות של קידוד נתונים בערוץ ספרתי

• 6.2.2 ריבוב ערוצי מידע על סיב יחיד

• איור ‭6-5‬ ריבוב בחלוקת זמן ‭(TDM)‬

• אייר ‭6-6‬ ריבוב בחלוקת תדר

• איור ‭6-7‬ ריבוב בחלוקת תדר — צירוף התת-נושאים השונים ברמת האות האופטי

• איור ‭6-8‬ ריבוב בחלוקת אורכי גל WDM

• 6.3 אפיון ביצועי התקשורת של ערוץ אופטי

• 6.4 דורות של תקשורת בערוץ סיב אופטי

• איור ‭6-9‬ החלפת המהדרים האופטיים במגברים אופטיים

• איור ‭6-10‬ ההבדל בין מהדר (אלקטרואופטי) למגבר (אופטי)

• שאלות לפרק 6

• סיכום פרק 6

• תשובות לשאלות

• מפתח עניינים

• מערכות אלקטרוניות מערכות תקשורת - תקשורת אלקטרואופטית דף תיקונים למהדורת תשס"ז

עמודים:

1  2  3  4  5  6  7  9  10  11  12  13  14  15  16  17  19  20  21  22  23  24  25  26  27  
28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  
53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  
78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  95  96  97  98  99  100  101  102  103  
104  105  106  107  109  110  111  112  113  114  115  116  117  119  120  121  122  123  124  125  126  127  128  129  130  
131  132  133  134  135  136  137  138  139  141  142  143  144  146  147  148  149  150  151  152  153  154  155  156  157  
158  159  160  161  162  163  164  165  166  167  168  169  170  171  172  173  174  175  176  177  178  179  180  181  182  
183  184  185  186  187  188  189  190  191  192  193  194  195  196  197  198  199  200  201  202  203  204  205  206  207  
208  209  210  211  212  213  214  215  216  217  219  220  221  222  223  224