primele 12 intrebari

7/18/2019 Primele 12 Intrebari

http://slidepdf.com/reader/full/primele-12-intrebari 1/9

CHESTIONAR OPTOELECTRONICĂ

1. Definiţi stabilitatea la perturbaţii a unui sistem electronic. (p.1)

Stabilitatea la perturbaţii reprezintă capacitatea sistemului de a-şi menţine parametrii funcţionali în

condiţiile prezenţei şi acţiunii perturbaţiilor.

2. Câte feluri de stabilităţi se pot lua în discuţie (p.1)

- o stabilitate potenţială, teoretică – adică limita maximă posibilă de stabilitate în condiţiile de

semnal perturbator reprezentat numai de zgomotul intern al instalaţiei de recepţie- o stabilitate reală – aceea care trebuie să se manifeste când acţionează semnalele perturbatoare

exterioare, al căror număr, intensitate şi caracter se modifică mult în decursul funcţionării

sistemului.

3.Ce reprezintă protecţia la perturbaţii (p.1,2)

b. Protecţia la perturbaţii – reprezintă un ansamblu de măsuri adoptate în scopul funcţionării

sigure a diferitelor echipamente şi instalaţii şi sisteme informaţionale în medii afectate de

puternice perturbaţii electromagnetice.

. !numeraţi caracteristici te"nice care au determinat impunerea te"nolo#iilor optoelectronice

domeniul comunicaţiilor. (p.,!"

#intre caracteristicile tehnice care fa$orizează această largă utilizare se amintesc%- posibilitatea de transmitere a radiaţiei laser&- diametrul foarte mic al fibrelor optice (sub ' )m"&- atenuarea relati$ mică&- consumul de materii prime la un cost redus şi în $olum mic – a$anta* net faţă de cablurile

coaxiale&- posibilitatea instalării în medii periculoase (cu pericol de explozie, coroziune, etc.", în câmpuri

electromagnetice foarte intense&

- permite lucrul în condiţii meteo grele sau medii periculoase&- nu necesită adaptare la impedanţa de linie&- pot lucra într-o gamă largă de temperatură, fără modificări apreciabile ale proprietăţilor de

transmisie&- banda de transmisie foarte mare (rezultă implicit o $iteză de transmisie foarte mare"&- lungimea spectrală foarte îngustă (banda de frec$enţă '-''" deci oferă posibilitatea filtrării

optice&- imunitate mare la zgomote şi la câmpuri electromagnetice perturbatoare&- diafonie redusă, atenuare mică (de regulă"&- izolare electrică ideală etc.- posibilitatea redusă a interceptării nedorite, imunitate mare la zgomote şi câmpuri

electromagnetice exterioare.-

1



$. %elaţia care dă ener#ia eliberată de un atom e&citat când trece de la o stare ener#etică

superioară !m la o alta fundamentală !n 'i eliberează radiaţie de frecenţă min. (p.$)

h¿min= Em− E n ('"

unde +m,n reprezintă energiile stărilor m (excitată" şi n (fundamentală", iar h reprezintă constanta lui

lanc.

. Când se iau în considerare fluctuaţiile ener#etice cuantice, faţă de cele termice (p.)

/atura cuantică a radiaţiei trebuie luată în considerare cândhf > 0 (1"

adică atunci când fluctuaţiile cuantice depăşesc pe cele termice.

*. !numeraţi modalităţile de #enerare a purtătorilor. (p., *)

'. 2bsorbţie intrinsecă1. 2bsorbţia purtătorilor mobili. 2bsorbţia cu emisie de electroni!. 2bsorbţia proprie în reţeaua cristalină

+. Caracterizaţi modalităţile de recombinare a purtătorilor. (p.*, +)

Modalităţi de recombiare a purtătorilor

3ând un sistem fizic trece de la o stare cu energie mai mare la o alta cu energie mai mică, se eliberează

o cantitate de energie egală cu diferenţa dintre energiile celor două stări.4n cazul corpurilor cu bandă interzisă directă, recombinările electron-gol se fac prin tranziţii $erticale,

cu păstrarea momentului mecanic al corpului, deci fără apariţia fotonilor& în acest caz energia eliberată

prin recombinare se transformă în lumină conform relaţiei%h=∆W S ("

5adiaţia produsă are caracteristicile%

- frec$enţa% ¿∆ W S

h(!"

- lungimea de undă% ¿ h c

∆ W S(6"

4n cazul corpurilor cu bandă interzisă indirectă, recombinările elctron-gol se fac prin tranziţii înclinate,

în care se modifică momentul mecanic al corpului, energia eliberată prin recombinare se transformă înfotoni& de aceea aceste corpuri nu sunt apte a fi folosite pentru dispoziti$e generatoare de lumină.

Noţiui de optică !eometrică

7ptica este o ştiinţă care studiază lumina şi interacţiunile ei cu substanţa. 8uncţie de specificul

fenomenelor studiate, optica poate fi%- optica ondulatorie – descrie fenomenele în care se rele$ă preponderent caracterul ondulatoriu

al luminii- optica fotonică sau corpusculară – studiază fenomenele în care se rele$ă natura corpusculară a

luminii&

2



- optica geometrică – operează cu raze de lumină, neluând în considerare nici unul din

aspectele ondulatorii sau corpusculare ale luminii.

Natura lumiiirimele explicaţii ştiinţifice ale fenomenelor optice se bazează pe teoria corpusculară a lui /e9ton şi

pe teoria ondulatorie a lui :u;gens.3onform lui :u;gens lumina se transmite într-un mediu omogen prin unde sferice concentrice cu

sursa de lumină. 0eoria a fost completată de 8resnel ('<'6-'<'<" cu teoria undelor elastice

(asemănătoare sunetului".=ax9ell ('<6" emite teoria electromagnetică a luminii după care propagarea acesteia are loc sub

formă de unde trans$ersale. 0eoria electromagnetică nu contra$ine teoriei ondulatorii ci o

completează. >roglie susţine teoria ondulatorie şi o completează cu afirmaţia că oricărui corpuscul

material îi este asociată o undă.

"eomeele lumioa#e se pot explica prin procesele care au loc în interiorul atomului. +lectronii semişcă în *urul nucleului pe orbitali bine definiţi ca energie, în funcţie de distanţa lor faţă de nucleu.

+nergia unui electron este cu atât mai mare cu cât se află la o distanţă mai mare faţă de nucleu.

#eplasarea unui electron pe o orbită superioară presupune aşadar un aport de energie în atom, el

de$enind în această situaţie e$citat . ?tarea de excitaţie durează un timp foarte scurt – cca ' - < s – după

care electronul re$ine pe orbita iniţială emiţând energia adăugată iniţial sub formă de radiaţie (undă

electromagnetică" denumită şi cuată. #eoarece trecerea electronului de pe o orbită pe alta nu se face

continuu, ci în salturi, rezultă că energia emisă $a fi discontinuă.

%ama udelor electroma!etice emise este foarte largă, cuprinzând radiaţii luminoase emise sub

formă de cuate denumite &otoi. 4n funcţie de energia fotonilor, rezultă pentru radiaţiile luminoase

diferite lungimi de undă, organizate în spectrul undei electromagnetice astfel%- unde radio% λ @ .⋅'A 2 B > .⋅'-< =eC- unde infraroşii% D5 - unde $izibile λ @ .6⋅'! E. '! 2 B≅.6⋅'-...'- =eC- unde ultra$iolete BC- raze F şi gama γ

- raze cosmice.

?pectrul $izibil al luminii naturale conţine următoarele radiaţii (descompunerea luminii albe"%- $iolet λ @ (GE!" nm- indigo λ @ (!E!A" nm- albastru λ @ (!AE6" nm- $erde λ @ (6E6" nm- galben – $erde λ @ (6E6" nm- galben λ @ (6E6G" nm- portocaliu λ @ (6GE1" nm- roşu λ @ (1EA6" nm.

3



7ptica geometrică foloseşte noţiunea de rază de lumină definită ca direcţia de-a lungul căreia se

propagă lumina. 2ceastă direcţie este dreaptă dacă mediul este omogen şi izotrop. Bn grup de raze de

lumină este formează un &a#cicul de lumiă. Bn fascicul poate fi%- omocentric (izogen sau conic" dacă razele sunt concurente într-un punct şi pot fi di$ergente

sau con$ergente&- paralel, dacă razele sunt paralele. Pricipiul idepedeţei &a#ciculelor de lumiă – când un fascicul poate fi împărţit în fascicule

izolate, efectul produs de un fascicul este acelaşi, indiferent dacă celelalte fascicule îşi exercită

simultan acţiunea lor sau sunt eliminate. Pricipiul re'er#ibilităţii drumului ra(elor de lumiă – drumul unei raze de lumină nu depinde de

sensul ei de propagare.

7ptica geometrică stă la baza construirii aparatelor optice, care dau posibilitate obţinerii de imagini

mărite ale obiectelor. 0oate punctele obiectului luminos pot fi considerate ca $ârfurile unor fascicule

di$ergente care trimit în aparatul optic o mulţime de fascicule cu a*utorul cărora se $a forma imaginea.

entru ca imaginea să se asemene cu obiectul, trebuie ca fiecărui punct al obiectului să-i corespundă

un singur un singur punct în imagine. entru formarea imaginii unui punct este necesar ca orice

fascicul conic să rămână conic şi după trecerea prin sistemul optic. 4n acest fel se obţin imagini clare –

#ti!matice – (stigma @ punct".#atorită sistemelor optice fiecărui punct luminos îi corespunde ca imagine o pată luminoasă mai mare

sau mai mică. 4n funcţie de receptorul optic (ochi, placă fotografică, receptor fotoelectric" o imagine

de o anumită dimensiune poate fi considerată încă punctiformă atâta timp cât dimensiunile sale nu

depăşesc o anumită limită. entru ochi, de ex., două puncte alăturate nu se mai $ăd separate dacă

distanţa dintre ele este mai mică decât 6⋅'- m. 2şadar este dificil a realiza un stigmatism absolut. 4n

funcţie de posibilităţile limitate ale receptorilor de a distinge detalii este suficient să se realizeze un

#ti!mati#m apro$imati'.7 imagine poate fi%- reală, când ea se obţine din intersecţia razelor de lumină&- $irtuală, când ea se obţine din intersecţia prelungirilor acestor raze.

Re&le$ia lumiii#acă lumina cade pe suprafaţa de separaţie dintre două medii, se manifestă un fenomen de întoarcere

– parţială – în mediul din care au $enit a radiaţiilor ondulatorii corpusculare.3antitatea de lumină reflectată depinde de unghiul de incidenţă α' format de raza incidentă cu axa de

incidenţă (normala la suprafaţa de separaţie". 5aza de lumină formează un unghi α1 cu axa incidentă.

4



Fig.1. Refexia luminii.

Raza incidentă

mediul 1 cu v1

Raza refectată

mediul 2 cu v2

α1

α2

Normala (axa de incidenţă

Hegile reflexiei%a". 5aza incidentă, normală şi cea reflectată se găsesc în acelaşi plan şi se întâlnesc în punctul de

incidenţă 7. 5aza reflectată este situată de partea opusă axei de incidenţă în raport cu raza incidentă. b". Bnghiul de reflexie α1 este numeric egal cu unghiul de incidenţă α'.

. %efracţia luminii. (p.1-,11)

Re&racţia lumiii

3ând raza de lumină incidentă (care se propagă într-un mediu transparent" întâlneşte o suprafaţă de

separaţie cu un alt mediu transparent cu o altă densitate, raza reflectată $a fi de$iată de la direcţia razei

incidente. 2ceastă de$iaţie se datoreşte $itezelor diferite de propagare a razelor în cele două medii

transparente. ?e defineşte idicele de re&racţie relati' al mediului al doilea faţă de primul n1' prin

relaţia%

sin i

sinr=v1

v2=n

21(!"

1-. %efle&ia totală a luminii. (p.12)

Re&le$ia totală

!



#acă raza de lumină trece dintr-un mediu optic dens într-altul mai puţin dens (n' < n1" din legea

refracţiei rezultă%sin r>sin i (r>i ) ('"

4n acest caz, pentru o anumită $aloare a unghiului i @ l, unghiul de refracţie poate atinge $aloarea

r@πI1, rezultă%sin r=1

sin l=n2

n1

(''"

entru unghiuri de incidenţă mai mari decât l, raza refractată nu mai trece prin al doilea mediu, a$ând

loc re&le$ia totală.

11. Care este caracteristica principală a undelor coerente (p.'"

7 manifestare tipică a interferenţei a două unde este obţinută când ele au aceeaşi lungime de undă şi

când există un defaza* constant între ele. 2ceste unde se numesc ude coerete.#acă într-un punct din spaţiu cele două unde diferă în faza lor, printr-un multiplu par al lungimii de

undă λ, atunci are loc o însumare a amplitudinilor. 4n cazul unui defaza* egal cu un multiplu al

*umătăţii de undă λI1 se produce o scădere, iar în cazul a două unde de aceeaşi amplitudine are loc o

anulare locală a undelor.3onsiderând două surse luminoase obişnuite (de ex. becuri electrice" şi suprapunând lumina lor, nu se

obser$ă nici un fel de interferenţă, deoarece lumina lor este incoerentă. 2cest fapt se datorează

modului de generare a luminii – în acest caz filamente incandescente.

4n cazul fenomenelor spontane şi aleatorii, fiecare atom al filamentelor emite ″flash-uri″ de luminăcare au serii de unde cu o durată de $iaţă de cca ⋅'< mIs, aceste serii de unde au o lungime de m.2ceastă lungime este denumită lungime de coerenţă. ?uprapunerea acestor serii de unde este complet

neregulată şi ocazionează doar iluminarea globală a spaţiului încon*urător.entru transmisia pe fibre optice este necesar să se găsească o sursă luminoasă cât mai coerentă. rin

urmare, lărgimea spectrală $a trebui să fie cât mai mică.

?pre deosebire de diodele electroluminiscente, dioda laser oferă, datorită emisiei stimulate, o diferenţă

de fază constantă la o aceeaşi lungime de undă. rin urmare, fenomenele de interferenţă apar în ghidul

de undă, ceea ce se poate constata din faptul că lumina se propagă doar sub anumite unghiuri în miezul

fibrei& prin anumite se înţelege că propagarea are loc în direcţii în care undele luminoase sunt

amplificate prin suprapunerea lor şi prezintă o interferenţă constructi$ă. Bndele luminoase capabile să

se propage într-o fibră optică sunt numite moduri (unde naturale".

12. rezentaţi sc"ema bloc a unui sistem optic de comunicaţie. (descrierea blocurilor⇒ ariante

ale întrebării). (p.13/1*)

'.' ?chema bloc a unui sistem de comunicaţii optice

Dnformaţia analogică sau digitală furnizată de sursa de date este transpusă pe purtătoarea optică în

blocul modulator. >locul de emisie optică prelucrează semnalul modulat în $ederea transmiterii sale pecanalul optic (colimare, adaptare". 3analul optic poate fi mediul deschis (spaţiul liber sau ghidul

"



#ur$ă de radiaţie o%tică&odulator o%tic'loc de emi$ie o%tică anal 'loc de rece%ţie o%ticăFoto-detector

#ur$ă de date 'loc de %relucrare $emnal

'loc de modulare o%tică 'loc de )otodetecţie*ntenă o%tică de emi$ie*ntenă o%tică de rece%ţie

+ran$miţător (emiţător o%tic Rece%tor o%tic

Fig. 3. #i$temul de comunicaţie o%tic.

optic". 4n afara comunicaţiilor cosmice, de regulă se utilizează transmisia ghidată pe fibre optice

(deoarece propagarea este independentă de condiţiile de mediu". Ha recepţie după prelucrarea optică în

blocul de recepţie optică (filtrare optică, focalizare, filtrare spaţială, determinând apariţia unui semnal

electric (semnal prelucrat ulterior electronic pentru extragerea informaţiei".

Tra#miţătorul optic +ste constituit din blocul de modulare şi antena optică de emisie.?e consideră%

e ( t , r )= E ( t , r ) exp ( jωt ) ('6"câmpul electric complex emis de sursa optică, aflată în originea sistemului de coordonate, unde +(t,r"

este an$elopa (înfăşurătoarea complexă a undei".>H73BH #+ =7#BH25+. 4n dispoziti$ul de modulare se impun anumite legi de $ariaţie în timp a

amplitudinii complexe +(r,t" în conformitate cu semnalul modulator. #atorită di$ersităţii fenomenelor

fizice pe care se bazează, modulaţia fascicolului optic (laser" este pri$ită ca un proces de interacţiune a

trei componente (unde"% - două optice% purtătoarea şi unda modulată- una de radiofrec$enţă% semnalul modulator a. ?e cunosc următoarele metode de realizare a modulaţiei%- modulaţia electro-optică- modulaţia acusto-optică- modulaţia magneto-optică

- modulaţia spectrală- modularea optică a parametrilor ca$ităţii laser, etc.

b. 7 altă clasificare a metodelor de modulaţie optică se face în funcţie de caracteristica radiaţiei laser

modificată în procesul de modulare% intensitatea, amplitudinea, frec$enţa, faza, polarizarea. 2ceste

procese pot să aibă loc% - în interiorul ca$ităţii laser (modulaţie internă"2ceasta este legată direct de obţinerea purtătoarei optice şi se poate realiza prin%

– modularea constantei dielectrice a mediului din rezonator – modularea câştigului ca$ităţii laser – modularea puterii de pompa* – modularea prin absorbţie – modularea spectrală, etc.

- în afara ca$ităţii laser (modulaţie externă". +a constă în modificarea fascicolului optic prin%

,



– modularea electrono-optică – modularea magneto-optică – modularea prin efect #oppler – modulare cu celulă de absorbţie – modulare spectrală, etc.

>H73BH #+ +=D?D+.+lementul principal este antena optică. arametrii cei mai importanţi ai ateei optice sunt%- câştigul antenei- deschiderea unghiulară a acesteia.C)*ti!ul ateei Ja se defineşte ca raportul dintre densitatea maximă de putere şi a domeniului spaţial

de radiaţie (a câmpului de radiaţie al antenei" şi densitatea de putere a unei antene izotrope (care

emite uniform în toate direcţiile"%

Ga= ( Pa )max( Pa )izotrop

('"

unde% ( Pa)izotrop= Pa

4 π , Pa− putereatotal ădeemisieaantenei ('A"

+e#c,iderea u!,iulară a antenei Ωa se defineşte ca u!,iul #olid (exprimat în ster-radiani" măsurat

cu o antenă după o direcţie oarecare, în care ar putea fi concentrată densitatea de putere maximă pentru

a se obţine aceeaşi putere totală cea a antenei analizate%

a=4 π

Ga('<"

- lăr!imea plaară a antenei θa este un parametru auxiliar – reprezintă proiecţia deschiderii

unghiulare a antenei pe un plan care trece prin centrul acesteia, astfel că%

θa≅d ('G"

unde λ este lungimea de undă, iar d este diametrul lentilei circulare a antenei.5ezultă pentru câştig relaţia aproximati$ă%

Ga≅ ( 4d λ )2

(1"

iar puterea incidentă pe o arie 2 este%

P = Ga

4 π !2 P s(t ) (1'"

unde s(t" este puterea emisă de sursă, iar ε impedanţa mediului.

32/2HBH 70D3+ste constituit din calea de legătură dintre transmiţător şi receptor.Tra#mi#ia &a#cicolului optic se poate face%- ghidat – când canalul este format dintr-un ghid optic (fibra optică"- neghidat – canalul este reprezentat de spaţiul liber ($id, atmosferă, apă".8olosind transmisiile ghidate, este posibilă, conform teoriei ghidurilor optice, transmisia la distanţă a

fasciculelor optice modulate prin fibre optice. 4n acest caz soluţiile ecuaţiilor câmpului

electromagnetic pentru ghidul cu simetrie plană sau circulară – cu condiţii la limita corespunzătoare

structurii ghidului impuse – constituie modurile de propagare prin acesta. 3reşterea distanţei de

transmisie se realizează prin utilizarea unor repetori optici (blocuri de recepţie, regenerare şi emisie a

semnalelor optice.



Ha transmisiile neghidate, câmpul optic transmis este afectat de fenomene de absorbţie, turbulenţă şi

împrăştiere pe parcursul propagării prin aer sau un alt mediu.

5+3+075BH 70D3

>H73BH #+ 5+3+KD+. +ste constituit în principal dintr-o lentilă care focalizează radiaţia incidentă

pe suprafaţa fotodetectoare. e aceasta se $a forma figura de difracţie a fasciculului incident. 4n

funcţie de unghiul de incidenţă se $or forma diferite figuri de difracţie deplasate în planul focal (ceea

ce influenţează în rău calitatea recepţiei".

>H73BH #+ 8707#+0+3KD+. #etecţia optică constă în transformarea semnalului optic recepţionat

într-un semnal electric purtător al informaţiei conţinute de mesa*ul transmis pe canalul optic.

primele 12 intrebari

Documents