realizarea fizică a dispozitivelor...

Curs 2

2016/2017

2C/1L Optoelectronică, structuri, tehnologii, circuite, OSTC

Minim 7 prezente curs + laborator

Curs - sl. Radu Damian◦ Joi 15-18, P5◦ E – 70% din nota 20% test la curs, saptamana 4-5?

◦ probleme + (?1 subiect teorie) + (2p prez. Curs) 2prez=0.5p

◦ toate materialele permise

Laborator – sl. Daniel Matasaru◦ Joi 8-14 par

◦ L – 15% din nota◦ C – 15% din nota

Curs◦ Joi 15-18, P5

◦ 2C 3C

14*2/3≈9.33

9÷10 C

Sinapse “inginerești”

http://rf-opto.etti.tuiasi.ro

Irinel Casian-Botez, "Structuri Optoelectronice", Ed. "CANOVA", Iasi 2001, ISBN 973-96099-2-9

Behzad Razavi – Design of Integrated Circuits for Optical Communications, Mc Graw Hillhttp://rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/opto/

IBM - Understanding Optical Communications: on-line http://rf-opto.etti.tuiasi.ro

Radu Damian, I Casian, D Matăsaru -„Comunicatii Optice” , Indrumar de laborator, 2005

Personalizat

subiecte individuale

2015/2016

0 dBm = 1 mW

3 dBm = 2 mW5 dBm = 3 mW10 dBm = 10 mW20 dBm = 100 mW

-3 dBm = 0.5 mW-10 dBm = 100 W-30 dBm = 1 W-60 dBm = 1 nW

0 dB = 1

+ 0.1 dB = 1.023 (+2.3%)+ 3 dB = 2+ 5 dB = 3+ 10 dB = 10

-3 dB = 0.5-10 dB = 0.1-20 dB = 0.01-30 dB = 0.001

dB = 10 • log10 (P2 / P1) dBm = 10 • log10 (P / 1 mW)

[dBm] + [dB] = [dBm]

[dBm/Hz] + [dB] = [dBm/Hz]

[x] + [dB] = [x]

in

out

P

PPierderi

in

out

P

P10log10dBPierderi

]lungime[km

B]Pierderi[ddB/kmAtenuare

dBmdBmdBPierderi inout PP

√

Minim 7 prezente

0.5p/2(3)prez

3 teste

foto

Capitolul 1

Comunicatii◦ Infrarosu (InGaAsP)

Vizibil◦ Spectru vizibil (GaAlAs)

Iluminare◦ Putere ridicata, lumina alba (GaInN)

Infrarosu Apropiat

Frecvenţă

Lungimede undă 1.6

229

1.0 0.8 µm0.6 0.41.8 1.4

UV

(vid)

1.2

THz193 461

0.2

353

Longhaul Telecom

Regional Telecom

Local Area Networks

850 nm

1550 nm

1310 nm

CD Player780 nm

Laseri HeNe633 nm

850nm, 1310nm, 1550nm

Comunicatii◦ Infrarosu (InGaAsP)

Vizibil◦ Spectru vizibil (GaAlAs)

Iluminare◦ Putere ridicata, lumina alba (GaInN)

Comunicatii◦ Infrarosu (InGaAsP)

Vizibil◦ Spectru vizibil (GaAlAs)

Iluminare◦ Putere ridicata, lumina alba (GaInN)

(tot) Capitolul 1

Undă electromagnetică◦ Ecuaţiile lui Maxwell

◦ λ, ε, ω, f

Banda interzisa

Banda de conductie

Banda de valentan0

n1

n0 Teoria cuantică

◦ Benzi energetice E = h ν

◦ fotoni, emisie stimulată, LASER

Optică geometrică◦ n, θ

◦ raze de lumină

◦ intuitivă

d

Through the Wormhole S02E07 How Does the Universe Work

Capitolul 2

Ecuatii constitutivet

BE

Jt

DH

D

0 B

tJ

ED

HB

EJ

In vid

mH7

0 104

mF12

0 10854,8

smc 8

00

0 1099790,21

Simplificarea ecuatiilor lui Maxwell

122 JjEE

JHH 22

Xjt

XeXX tj

0

dtetfg tj

degtf tj

E

0 H

022 EE

022 HH

Ecuaţiile Helmoltz sauecuaţiile de propagare

j 22

γ – Constanta de propagare

Mediu lipsit de sarcini electrice

Camp electric dupa directia Oy, propagare dupa directia Oz

zz

y eEeEE

jj2

Exista numai unda progresiva E+=> A

zj

y eAE

Camp armonic

ztjz

y eeAE

Amplitudine

Atenuare

Propagare(variatie in timp si spatiu)

Propagare

Polarizare circulara

111

ztjzy eeCtzE

2~, EPW

222

ztjzy eeCtzE

12

1

22

22

22

1

2 zz

z

z

eeCt

eCt

P

PA

12210

1

210 log10log10][

zze

P

PdBA

121012 686.8log20][ zzezzdBA

0686.8]/[/ kmdBLA

Atenuarea se exprima de obicei in dB/km

de obicei valori pozitive

semnul = implicit

HjE

Mediu fara pierderi, σ = 0

y

x

EjH

j

x

y

H

EImpedanta intrinseca a mediului

ztjz

y eeAE punctele de faza constanta: const zt

Viteza de faza

1

dt

dzv

Viteza de grup

d

d

dt

dzvg in medii dispersive unde β = β(ω)

In vid

Indice de refractie al mediului

3770

00

smc 8

00

0 1099790,21

0cvv g

In mediu nedispersiv εr

rr

cc

0

000

11

rn

Periodicitate in spatiu

f

c00

2

fT

12

Periodicitate in timp

f

c

2

fT

12

nfn

c 00

n

cc 0

3770

00

smc 8

00

0 1099790,21

f

c00

2

fT

12

n

cc 0

rn n

0

nfn

c 00

fT

12

1n

ITU G.692"the allowed channel frequencies are based on a 50 GHz grid with the reference frequency at 193.10 THz"SI"a source that emits monochromatic radiation of frequency 540·1012 Hz"

indep.

f

n

2 , 2

2 , 2

n S0

S

h

C

l n S

h

1 , 1 1 , 1

a) b)

021 EEn

SJHHn 21

SDDn 21

021 BBn

cazuri particulare in care exista rezolvare analitica◦ semnale cu variaţie armonică în timp, transformata

Fourier, spectru

Xjt

XeXX tj

0

dtetfg tj

degtf tj

dtetfg tj

dtetfg tj

degtf tj

cazuri particulare in care exista rezolvare analitica◦ unda

incidenta

reflectata

◦ unda

directa

inversazz

IN eEeEE

11

ztjzztjzy eeEeeEE

zz

OUT eEeEE

22

INE

zeE

1

zeE

1

zeE

2

zeE

2

OUTE

cazuri particulare in care exista rezolvare analitica◦ moduri in medii delimitate

1

ii ModAE ii ModEA ,

INEOUTE

N

iiOUT ModBE1

1A

NA

1B

NB

iINi ModEA ,

Ecuatiile lui Maxwell in coordonate cilindrice

a - raza miezuluiU - E(r) sau H(r)

solutii proportionale cu functii Bessel

Moduri in ghid rectangular

Moduri linear polarizate in fibra

“Sparkle” pattern

In medii dispersive β = β(ω), n = n(ω)

d

dnn

cc

n

d

d

d

d 1

)/(1

msd

dnn

cd

d

d

d

)/(1 2

2

2

2

2

msd

nd

cd

dn

d

nd

d

dn

cd

dD

Dispersia se exprima de obicei in ps/nm/km sipermite aflarea intarzierilor aparute intre "moduri" (latirea impulsurilor) pentru o anumita latimespectrala si o anumita distanta parcursa

LD

Viteza de faza – viteza virtuala cu care circulapunctul cu o anumita faza

Viteza de grup – viteza cu care circula informatia(energia) – in medii cu dispersie normala

d

dnnngr

SiO2

d

nd

cd

dD

gr

1

incidenta normala

reflexia in amplitudine

densitatea de putere proportionala cu patratul amplitudinii câmpului

interfata aer-sticla (n1 = 1, n2 = 1.5)

n

ZZ 0

21

21

12

12

nn

nn

ZZ

ZZ

2

21

21

nn

nnr

%404.0 r

2

21

12

nn

nt

apare interferenta intre diversele unde reflectate

se aduna campurile nu puterile

%404.0;2.015.1

15.1 2

r %1616.0;2.02.0 2

maxmaxmax r

lameleantireflexive

(tot) Capitolul 2

Lumina este constituita din raze care se propaga in liniedreapta in medii omogene

Sursa omnidirectionala: emitesimilar in toate directiile

Energia luminoasa descresteinvers proportional cu patratul distantei fata de sursa (energia se imparteuniform pe suprafata intregiisfere)

2

0

r

PP

la suprafata de separatie dintre doua medii, (o parte din) lumina se intoarce in mediul de incidenta

unghiul facut de raza incidenta cu normala(φi) este egal cu unghiul facut de razareflectata cu normala (φr)

Legea reflexiei

ri

la suprafața de separație dintre doua medii, (o parte din) lumina se (poate) propaga in mediul de transmisie sub un unghi diferit de unghiul incident

la trecerea in medii mai “dense” (optic) lumina se apropie de normala

la trecerea in medii mai “puțin dense” (optic) lumina se depărtează de normala

Legea lui Snell(a refracției)

Ri nn sinsin 21

φi – unghi incident (in n1)φR – unghi de refracție (in n2)

Apare numai când lumina se propaga dintr-un mediu mai dens optic intr-un mediu mai puțin dens

La intersecția luminii cu suprafața de separație a doua medii se întâlnesc in general raze reflectate si raze refractate

Pentru un unghi de incidenta numit unghi critic, raza refractata se obține in lungul suprafeței de separație

Pentru orice unghi mai mare decât unghiul critic exista numai raza reflectata

90;21 Rnn

21 sin nn C

1

2arcsinn

nC

n1

n2

n1>n2

Razele de lumina paralele sunt concentrate intr-un punct numit focar, aflat la distantafocala de planul lentilei

O sursa omnidirectionala pozitionata in focarva permite obtinerea unui fascicul paralel

fba

111

2fyx

(tot) Capitolul 2

incidenta oblica

reflexiile in amplitudine a campului:

21

21

sin

sin

sr

21

21

tan

tan

pr

21

12

sin

cossin2

st

2121

12

cossin

cossin2

pt

1

2arctann

nB

56B

34B

2

tan0 2121

pr

122211 cossinsin nnn

transmisia totala a polarizarii p

lumina reflectata este total polarizata (s)

1

2arctann

nB

56B

34B

Laboratorul de microunde si optoelectronica

http://rf-opto.etti.tuiasi.ro

rdamian@etti.tuiasi.ro