Министерство образования и науки Российской федерации

Томский государственный университет систем

управления и радиоэлектроники

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УР

Л.А. Боков «»2010 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По курсу

« ОПТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА В РАДИОТЕХНИКЕ »

Для специальности 210302 – Радиотехника Учебный план набора 2006г. и последующих лет Факультет - радиотехнический.

Профилирующая кафедра - Радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ) Курс - пятый.

Семестр - Распределение учебного времени.

Лекции - 30 час.

Практические занятия - 15 час.

Всего ауд.занятий – 45 час.

Самостоятельная работа - 45 час.

Общая трудомкость – 90 час.

Экзамен –9 семестр

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. Рабочая программа составлена с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста – 654200 «Радиотехника» для специальности (200700) - Радиотехника, утвержденного 17.03.2000 г. (рег. №151тех/дс) 2. Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры СВЧ и КР, протокол № 1 от 30 августа 2010 г.

3. Разработчик, проф. каф. СВЧиКР _ С.Н. Шарангович Зав. обеспечивающей.каф. СВЧиКР, Профессор _ С.Н. Шарангович 4. Рабочая программа согласована с факультетом, профилирующей и выпускающей кафедрой специальности, соответствует действующему плану занятий Декан РТФ, профессор _ А.С. Задорин Зав. профилирующей и выпускающей каф. РЗИ, профессор А.С. Задорин _ Срок действия рабочей программы – 31.12.2013 г.

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ.

1.1 Цели и задачи дисциплины Дисциплина “Оптические устройства в радиотехнике ” относится к блоку специальных дисциплин, читаемых для студентов специальности 210302 - "Радиотехника ", и является дисциплиной, устанавливаемой ГОС.

Целью преподавания дисциплины является подготовка специалистов в области основ теории и принципов работы оптических устройств обработки информации, а также оптических линий связи.

Основными задачами изучения дисциплины являются:

получение необходимых знаний по физическим и теоретическим основам функционирования оптических систем передачи и обработки сигналов получение необходимых знаний принципам построения перспективных систем связи и обработки информации.

1.2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны:

знать теоретические основы оптической обработки информации; принципы построения и работы, а также характеристики основных функциональных узлов оптических систем:

спектроанализатора, согласованного фильтра, коррелятора; физические основы распространения излучения по оптическому волокну, основные характеристики источников и приемников оптического излучения, принципы построения волоконнооптических систем передачи информации;

уметь определять и обосновывать целесообразность использования оптических методов обработки информации для решения конкретных радиотехнических задач, выбирать наиболее приемлемый алгоритм обработки и реализующие его схемы; составлять схемы волоконно-оптических систем передачи аналоговых и цифровых сигналов и оценивать качество их работы;

иметь представление об оптических процессорах, применяемых в современных радиоэлектронных комплексах; о принципах группообразования и управления эксплуатационными процессами в волоконно-оптических линиях с помощью ЭВМ.

1.3. Перечень обеспечивающих дисциплин.

Данная дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами в процессе изучения следующих дисциплин: «Электродинамика и распространение радиоволн», «Радиотехнические цепи и сигналы», «Устройства приема и обработки сигналов», «Радиотехнические системы», «Сети и системы цифровых телекоммуникаций».

1.4 Объем дисциплины и виды учебной работы Дисциплина изучается в 9-м семестре 1.5 Разделы дисциплины и виды занятий Физические и математические основы оптической Функциональная и структурная организации аналоговых Оптические корреляторы когерентного и некогерентного Акустооптические процессоры спектрального и корреляционного типа с пространственным и временным Физические основы распространения излучения по Характеристики компонентов волоконно-оптических Функциональная схема линейной части фотоприемного Принципы построения волоконно-оптических систем передачи, особенности аналоговых волоконно-оптических Многофункциональные волоконно-оптические системы Особенности производства и эксплуатации оптических устройств обработки информации 2 СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА (30 час.) 2.1. Физические и математические основы оптической обработки информации ( час.) Двумерный оптический сигнал, его информационная структура. Скалярная теория дифракции: формула Гюйгенса-Френеля, дифракции Френеля и Фраунгофера. Преобразование световых полей элементами оптических систем (линза, зеркало, призма).

2.2. Функциональная и структурная организации аналоговых оптических процессоров (3 час.) Оптический спектроанализатор, элементы и параметры. Пространственный сигнал, пространственный спектр. Пространственно-частотный фильтр, структура. Оптические методы и процедуры оптической сигнальной обработки, согласованная фильтрация. Физические основы голографии. Уравнение голограммы произвольного объекта. Дифракционная эффективность и информационные свойства голограммы. Методы голографии в задачах обработки информации.

2.3. Оптические корреляторы когерентного и некогерентного типов (2 час.) Схемные решения для когерентных и некогерентных модификаций оптических корреляторов, принципы функционирования.

2.4. Акустооптические процессоры спектрального и корреляционного типа с пространственным и временным интегрированием (5 час.) Акустооптическое взаимодействие как средство ввода динамического сигнала в оптическую систему. Дифракция света на акустических волнах в режиме Рамана-Ната и Брэгга, их особенности. Параметры акустооптических модуляторов. Акустооптические процессоры корреляционного типа с пространственным интегрированием: согласованный фильтр и конвольвер, принципы работы, ограничения. Акустооптические корреляторы с временным интегрированием: радиочастотная и видеочастотная модификации, принципы работы, схемные реализации, рабочие параметры. Акустооптические спектроанализаторы с пространственным интегрированием: полоса анализа, частотное разрешение, пути их повышения.

Акустооптические спектроанализаторы с временным интегрированием: алгоритмы работы, варианты схемных решений, рабочие параметры. Области применения акустооптических процессоров в современной радиоэлектронике (системы глобальной ориентации, электронной борьбы, обработка сигналов фазированных антенных решеток и антенн с синтезированной апертурой).

2.5. Физические основы распространения излучения по оптическому волокну ( час.) Планарные и полосковые оптические волноводы, одномодовый и многомодовый режимы распространения, дисперсия в оптических волноводах. Оптическое волокно (ОВ).

Особенности распространения излучения по ОВ. Режим слабонаправляющего волновода.

Характеристическое уравнение, моды ОВ. Виды дисперсии в ОВ. Причины потерь в ОВ.

Нелинейные эффекты в ОВ, солитонный режим распространения оптического излучения.

Распространение оптического излучения в свободном пространстве, дифракционная расходимость.* Особенности распространения излучения в условиях атмосферы: окна прозрачности, влияние турбулентностей и аэрозолей.* 2.6. Характеристики компонентов волоконно-оптических систем передачи (3 час.) Основные параметры ОВ: профиль показателя преломления, числовая апертура, коэффициент затухания, полоса пропускания. Оптические кабели и разъемы, их конструкции и параметры. Источники излучения передатчиков оптических линий связи: светодиоды и полупроводниковые лазеры, их основные рабочие характеристики. Ввод оптического излучения в волокно. Фотоприемники оптических систем передачи: лавинные и p-i-n фотодиоды, принцип действия и параметры.

2.7. Функциональная схема линейной части фотоприемного тракта (2 час.) Отношение сигнал-шум на выходе приемного устройства с высокоимпедансными усилителями на биполярном и полевом транзисторах. Приемные устройства с трансимпедансным усилителем.

2.8. Принципы построения волоконно-оптических систем передачи, особенности аналоговых волоконно-оптических систем передачи информации (4 час.) Обобщенная структурная схема построения волоконно-оптической линии связи (ВОЛС), ее основные функциональные блоки, топологические реализации. Каналообразование:

частотное и временное разделение каналов. Цифровые плезиохронные ВОЛС: скорость передачи, канальность, группообразование. Цифровые синхронные ВОЛС, основные принципы группообразования. Особенности аналоговых ВОЛС: обеспечение требуемого качества передачи аналоговых широкополосных сигналов, прямая модуляция и модуляция с линеаризацией характеристик, предварительная частотная модуляция поднесущей. Принципы построения многоканальных и телевизионных аналоговых ВОЛС*.

2.9. Многофункциональные волоконно-оптические системы передачи информации (3 час.) Волоконно-оптические сети: топологии, особенности. Полностью оптические сети.

Открытые оптические линии связи, их помехоустойчивость при работе в условиях атмосферы. Особенности лазерных космических линий связи.* 2.10. Особенности производства и эксплуатации оптических устройств обработки информации (1 час) Методы изготовления оптических волокон и кабелей.* Управление эксплуатационными процессами с помощью ЭВМ.* 3 ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ (15 час.)

4 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

На самостоятельную проработку выносятся следующие вопросы лекционного курса:

а) Нелинейные эффекты в ОВ (1 час.) б) Особенности распространения излучения в условиях атмосферы (1час.) в) Открытые оптические линии связи. Особенности лазерных космических линий связи (1час.).

г) Особенности аналоговых ВОЛС (1 час).

д) Методы изготовления оптических волокон и кабелей. Управление эксплуатационными процессами с помощью ЭВМ (2 час.).

5 МЕТОДИКА ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Осуществляется в соответствии с Положением о порядке использования рейтинговой системы для оценки успеваемости студентов (приказ ректора 25.02.2010 № 1902) и основана на бально- рейтинговой системы оценки успеваемости, действующей с 2009 г., которая включает текущий контроль выполнения элементов обьема дисциплины по эдементам контроля с подведением текущего рейтинга (раздел 7) и итоговый контроль.

Правила формирования пятибалльных оценок за каждую контрольную точку (КТ1, КТ2) осуществляется путем округления величины, рассчитанной по формуле:

Итоговый контроль освоения дисциплины осуществляется на экзамене по традиционной пятибалльной шкале. Обязательным условием перед сдачей экзамена является выполнение студентом необходимых по рабочей программе для дисциплины видов занятий:

выполнение и защита результатов лабораторных работ, сдача контрольных работ.

Формирование итоговой суммы баллов осуществляется путем суммирования семестровой (до 70 баллов) и экзаменационной составляющих (до 30 баллов).

6 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

При изучении дисциплины “Оптические устройства в радиотехнике ” рекомендуется использовать учебные пособия [1-3], охватывающие все разделы программы, из списка основной учебной литературe., а также использовать современные источники информации:

научно-технические издания [4-7], каталоги, обзоры, Интернет-сайты от ведущих компаний по производству оборудования оптических цифровых систем связи [8-12]. Электронные версии большинства перечисленных ниже источников имеются в электронной библиотеке кафедры и доступны студентам при работе в локальной вычислительной сети кафедры.

7 ПРИМЕНЕНИЕ БАЛЬНО-РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ

Выполнение контрольных работ Выполнение и защита индивидуальных заданий Выполнение и защита индивидуальных заданий Темы творческих заданий (рефератов):

Оптические устройства распознавания образов на основе нейронных сетей Оптические нелинейные элементы для реализации логических операций Оптические процессоры обработки сигналов ФАР Адаптивные оптические фильтры на основе фоторефрактивных кристаллов Принципы построения оптических компьютеров Многоволновые оптические источники излучения Многоволновые оптические мультиплексоры и демультиплексоры Оптические мультиплексоры ввода/вывода каналов Многоволновые оптические усилители WDM волоконно-оптические интерференционные фильтры WDM фильтры на основе дифракционных решеток Волноводные оптические компоненты спектрального мультиплексирования /демультиплексирования 13. Волоконно-оптические системы со спектральным разделением (WDM,DWDM,HDWDM, CWDM) 14. Принципы оптического мультиплексирования в полностью оптических сетях Темы контрольных работ:

Интегральные и спектральные преобразования в когерентных оптических системах Акустооптические процессоры спектрального и корреляционного типа Характеристики компонентов волоконно-оптических систем передачи Принципы построения аналоговых и цифровых волоконно-оптических систем передачи;

8. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

а) основная литература:

1. Ушаков В.Н и др. Оптические устройства в радиотехнике: Учеб. пособие для вузов.- М.:

Радиотехника, 2005. -240 с. (70) 2. Наумов К.П., Ушаков В.Н. Акустооптические сигнальные процессоры: Учеб. пособие для вузов. – М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002. -80 с. (20).

3. Гитин Л.Н., Кочановский В.Я. Волоконно-оптические системы передачи: Учеб. пособие/ М.: Радио и связь, 2003. - 128 с. (60) б) дополнительная литература:

4. Слепов Н. Н.. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи (АТМ, PDH, SDH, SONET и WDM )/ - 2-е изд., испр.. - М.: Радио и связь, 2003. - 468 с. [60] 5. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи: Пер. с англ./ - М.: Техносфера, 2006. – 6. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы.-М.: Солон-Р, 2001. -238 с. (3) 7. Гудмен ДЖ. Введение в Фурье-оптику.-М.: Мир, 1970.- 364с.

8. http://www.vimcomfo.ru/ ВИМКОМ, 9. http://www.optictelecom.ru/ ОПТИКТЕЛЕКОМ 10. http://www.exfo.com/ EXFO 11. http://www.tt.ru/ Телеком-Транспорт 12. http://www.syrus.ru/ SYRUS SYSTEMS Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654200 РАДИОТЕХНИКА на основе примернаой программы дисциплины ОПТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА В РАДИОТЕХНИКЕ, рекомендованной Минобразованием России для специальности 200700 (протокол N 3 от 13 ноября заседания учебно-методического совета Учебно-методического объединения по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации.