Федеральное агентство по образованию

Томский государственный университет систем

управления и радиоэлектроники

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УР

М.Т.Решетников «»_2007г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По курсу

« РАДИООПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СЕТИ И УСТРОЙСТВА »

Для специальности 210302 - Радиотехника Факультет - радиотехнический.

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

Семестр - Учебный план набора - 2005 г. и последующих лет.

Распределение учебного времени.

Лекции - 45 час.

Практические занятия - 15 час.

Всего ауд.занятий – 60 час.

Самостоятельная работа - 40 час.

Общая трудомкость – 100 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 в 2005, протокол № 3 от 8 ноября 2007 г.

3. Разработчики, доц. каф. СВЧиКР _ С.Н. Шарангович доц. каф. СВЧиКР _ В.И. Ефанов проф. каф. СВЧиКР _ В.М.Шандаров доц. каф. СВЧиКР А.Е. Мандель _ Зав. обеспечивающей.каф. СВЧиКР, _ С.Н.Шарангович 4. Рабочая программа согласована с факультетом, профилирующей и выпускающей кафедрой специальности, соответствует действующему плану занятий Декан РТФ, профессор _ Л.А. Боков Зав. профилирующей и выпускающей каф. РЗИ, профессор А.С. Задорин _ Срок действия рабочей программы – 31.12.2010 г.

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

1.1 Цели и задачи дисциплины Дисциплина “Радиооптоэлектронные сети и устройства” относится к блоку специальных дисциплин, читаемых для студентов специальности 210302 - "Радиотехника ", и является дисциплиной специализаций, устанавливаемых ВУЗом.

Целью преподавания дисциплины является специализированная подготовка в области основ построения гибридных оптико-коаксиальных и оптических сетей с волновым и солитонным уплотнением.

Основными задачами изучения дисциплины являются:

получение необходимых знаний по физическим и теоретическим основам функционирования гибридных оптико-коаксиальных и оптических сетей, получение необходимых знаний по принципам построения, работы, а также характеристикам основных функциональных элементов и узлов оптических сетей, получение необходимых знаний принципам построения перспективных оптических сетей 1.2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны:

знать теоретические основы и принципы построения волоконно-оптических сетей передачи информации; принципы построения и работы, а также характеристики основных функциональных узлов оптических сетей: оптических модуляторов, оптических волновых конверторов, оптических усилителей, оптических мультиплексоров, оптических кросс-коммутаторов;

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

иметь представление о перспективных направлениях разработки оптических элементов и устройств на основе нелинейно – оптических эффектов для построения оптических сетей с волновым и солитонным уплотнением ;

иметь представление об основных принципах построения систем мониторинга волоконно-оптических сетей.

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 Основы построения локальных гибридных оптикокоаксиальных сетей кабельного телевидения Принципы построения и элементная база магистральных оптических сетей со спектральным уплотнением Использование нелинейно – оптических эффектов и элементов при построении глобальных оптических сетей Основные принципы построения системы мониторинга волоконно-оптических сетей 2 СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА (45 час.) Раздел 2.1 Основы построения локальных гибридных оптико-коаксиальных сетей кабельного телевидения ( 12 час.) 2.1.1 Принципы построения систем кабельного телевидения ( 2 час.) Определение и классификация кабельных систем. Структура кабельных систем.

Комплекс оборудования кабельных сетей. Принципы проектирования кабельных систем.

Единицы измерения. Стандарты СКТВ.

2.1.2 Коаксиальные кабели и компоненты. (4 час.) Типы коаксиальных кабелей и их электрические характеристики. Отражения в системе передачи. Делители. Сумматоры. Ответвители. Полосовые фильтры. Фильтры высокой частоты. Аттенюаторы. Эквалайзеры.

Телевизионные антенны. Основные параметры и характеристики телевизионных антенн. Основные типы антенн. Антенны головных станций.

Усилительное оборудование коаксиальных систем. Назначение и классификация усилителей. Основные характеристики.

2.1.3 Волоконно-оптические кабели. (2 час.) Передача света по оптическому волокну. Типы и характеристики оптических волокон.

Структура волоконно-оптического кабеля. Соединение оптических волокон. Пассивные компоненты ВОЛС.

2.1.4 Активное оборудование оптических систем. ( 2 час.) Особенности оптической системы передачи. Характеристики оптического оборудования.

Шумы и искажения в оптических системах. Оптический передатчик. Оптический приемник.

Бюджет оптической мощности.

Элементы проектирования гибридных систем передачи. ( 2 час.) Структура гибридной системы передачи. Проектирование гибридной системы передачи.

Расчет оптической части. Расчет коаксиальной части. Расчет показателей.

Раздел 2.2 Принципы построения и элементная база внутризоновых и магистральных оптических сетей со спектральным уплотнением (12 час) 2.2.1 Основы технологии WDM оптических сетей (4 час.) Введение в технологию WDM. Модель взаимодействия транспортных технологий.

Канальный (частотный) план. Стандартный и перспективный канальные планы.

Блок-схема систем с WDM. Классификация WDM на основе канального плана Узкополосные и широкополосные WDM Технологии и схемы реализации мультиплексных модулей WDM Технология мультиплексирования на основе интерференционных фильтров и явления угловой дисперсии. Современные технологии мультиплексирования.

Характеристики промышленных мультиплексоров WDM Практический пример 8,16,32,120-канальных мультиплексоров WDM.

2.2.2 Функциональные элементы WDM оптических сетей (8 час.) Оптические модуляторы. Методы модуляции оптической несущей (непосредственная, внешняя).Типы оптических модуляторов –акустооптические, электрооптические Оптические волновые конверторы. Типы и принципы построения волновых конверторов. Оптоэлектронные конверторы, конверторы на основе оптической перекрестной модуляции, конверторы на основе эффекта четырехволнового смешения.

Оптические усилители. Принцип действия и параметры оптического усилителя, легированном РЗЭ. Усилители для окна 1300 и 1550. Разработка сверхширокополосных оптических усилителей Оптические мультиплексоры ввода-вывода Структура оптических мультиплексоров первого и второго поколений. Оптические технологии ввода-вывода несущих. Основные требования, предъявляемые к фильтрам ввода-вывода. Фильтры на основе оптоволоконных дифракционных решеток Брэгга, резонатора Фабри-Перо. Интерференционные фильтры на тонких пленках. Поляризационные фильтры на жидких кристаллах. Акусто-оптические перестраиваемые фильтры Оптическая коммутация и коммутаторы Типы и принпипы построения базовых оптических кросс-коммутаторов - механических, оптических, электрооптических. Логика, топология и особенности построения многокаскадных оптических коммутаторов.

Интегральные активно-волноводные коммутаторы. Коммутаторы на фотонных кристаллах, на многослойных световодных жидкокристаллических матрицах.

Раздел 2.3 Использование нелинейно – оптических эффектов и элементов при построении глобальных оптических сетей связи (12 час,) 2.3.1 Нелинейно – оптические свойства диэлектрической среды и возможные нелинейно – оптические эффекты в диэлектрических волноводах (6 час,) Диэлектрические оптические волноводы. Планарный диэлектрический волновод.

Направляемые волны. Дисперсионное уравнение планарного волновода. Частотная зависимость показателя преломления диэлектрика. Линейный и квадратичный электрооптические эффекты.

Нелинейно – оптические эффекты в безграничном диэлектрике. Условия проявления нелинейно – оптических свойств диэлектрических сред. Нелинейная поляризация и нелинейная восприимчивость. Среды с квадратичной и кубичной оптической нелинейностью. Компоненты наведенной нелинейной поляризации и возможные нелинейные преобразования частоты в средах с квадратичной и кубичной нелинейностями. Эффекты комбинационного рассеяния света, вынужденного комбинационного рассеяния и рассеяние Мандельштама – Бриллюэн 2.3.2 Нелинейно – оптические эффекты в волоконных световодах, элементы и устройства с их использованием (6 час,) Эффекты комбинационного и вынужденного комбинационного рассеяния в волоконных световодах. ВКР лазеры и усилители, основные схемы и области применения.

Эффект ВРМБ в волоконных световодах. Возможные применения в волоконно – оптических системах и сетях.

Эффекты временных и пространственных солитонов. Светлые и темные солитоны.

Условия реализации солитонных режимов в волоконных световодах.

Использование солитонных режимов для повышения скорости передачи информации в оптических системах связи. Солитонная линия Хасегавы. Достижения в построении солитонных линий связи. Перспективы улучшения характеристик солитонных линий и сетей.

Раздел 2.4 Основные принципы построения системы мониторинга волоконнооптических сетей ( 9 час.) Особенности и роль метрологии в современных оптических телекоммуникационных системах.

2.4.1 Рефлектометр как многофункциональное средство измерений в оптических системах передачи (3 часа).

Основные принципы построения и устройство рефлектометров. Технические и метрологические характеристики рефлектометров. Виды и методы измерений с помощью оптических рефлектометров: измерение затухания, определение места повреждения кабеля, контроль стыков 2.4.2 Система контроля и диагностики волоконно-оптических линий связи (3 час).

Базовая структура системы Orion. Основные функции системы. Контроль оптических кабелей по пассивным оптическим волокнам. Контроль оптических кабелей по активным оптическим волокнам. Локализация нарушений ВОЛС 2.4.3 Система контроля и диагностики сетей передачи данных (2 час.).

Базовая структура системы Fastnet. Мониторинг сетей передачи данных посредством Fastnet: обработка сообщений, анализ трафика, качество обслуживания Основные направления автоматизации контроля волоконно-оптических линий связи..

3 ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ (15 час.) Расчет мультиплексора ввода вывода на основе интерференциионных фильтров Метрологические параметры линейных трактов волоконнооптических телекоммуникационных сетей. (1 час)

4 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Выполнение индивидуальных творческих заданий Рейтинг Проработка лекционного материала и изучение Рейтинг. Экзамен.

вопросов, вынесенных на самостоятельную На самостоятельную проработку выносятся следующие вопросы лекционного курса:

а) Нелинейные эффекты в ОВ (1 час.) в) Характеристики промышленных мультиплексоров WDM (1час.).

г) Основные направления автоматизации контроля ВОЛС (1 час).

5 КОНТРОЛЬ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Осуществляется путем применения рейтинговой системы оценки успеваемости (раздел 7) и включает текущий контроль выполнения элементов обьема дисциплины по элементам контроля с подведением текущего рейтинга.

Итоговый контроль освоения дисциплины осуществляется на экзамене. Для получения допуска к экзамену необходим рейтинг больший или равный 50. При этом баллы, полученные студентом по текущему рейтингу, конвертируются (без сдачи экзамена) в семестровую экзаменационную оценку. При количестве баллов 80..99 автоматически может быть поставлена оценка "хор", при количестве баллов 100..120 - оценка "отл". Оценка "удовл" автоматически выставлена быть не может, поэтому при текущем рейтинге ниже 80 баллов сдача экзамена является обязательной.

6 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

При изучении дисциплины “Радиооптоэдектронные сети и устройства” необходимо использовать источники [1,2] и учебные пособия [3-6]. Для практических занятий можно использовать литературу [4,6,7]. Электронные версии большинства перечисленных ниже источников имеются в электронной библиотеке кафедры и доступны студентам при работе в локальной вычислительной сети кафедры.

7 ПРИМЕНЕНИЕ РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ

Таблица распределения максимального рейтинга по элементам контроля рейтингового задания элемент ость контроля контроля Кол-во ание работы Темы творческих заданий (рефератов):

Оптические устройства распознавания образов на основе нейронных сетей Оптические нелинейные элементы Адаптивные оптические фильтры на основе фоторефрактивных кристаллов 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 11. Волоконно-оптические cети с разреженным и плотным мультиплексированием по длине волны (CWDM,DWDM,HDWDM) 12. Принципы оптического мультиплексирования в полностью оптических сетях 13. Динамические волноводные элементы, индуцируемые пространственными оптическими солитонами 14. Интегрально-оптические схемы для волоконно-оптических систем 15. Генераторы пикосекундных и фемтосекундных импульсов 16. Методы и средства измерения коэффициента ошибок в волоконно-оптических сетях Темы контрольных работ:

Принципы построения и элементы локальных оптико-коаксиальных сетей Элементная база внутризоновых и магистральных WDM оптических сетей Нелинейно – оптические элементы глобальных оптических сетей связи Системы контроля и диагностики волоконно-оптических сетей Процедуры контроля и их распределение по неделям семестра 1-я контрольная точка 2-я контрольная точка 7. Индивидуальное творческое задание (реферат) 14 недели Зачетная неделя Экзамен

8 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

а) основная литература:

1. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи.- М.: Радио и связь, 2003, 2-е изд.,.- 468 с (50) 2. Волков С. В. Сети кабельного телевидения. - М. : Горячая линия-Телеком, 2004 г. – 616 с.

б) дополнительная литература:

3. Шандаров В.М. Основы физической и квантовой оптики: Учебное пособие для вузов. Томск: ТУСУР, 2005. - 257 с. [15] 4. С. Н. Шарангович Мультиплексорное и усилительное оборудование многоволновых волоконно-оптических систем передачи: Учебное методическое пособие/;. - Томск: ТУСУР, 2007. - 90 с.: [25] 5. Мандель Е. Методы и средства измерений в волоконно-оптических системах связи: Учебное пособие/ А.; Федеральное агентство по образованию, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - Томск: ТУСУР, 2006. - 120 с.: [25] 6. Ефанов В.И. Сборник задач по волоконно-оптическим линиям связи. Учебно-методическое пособие по практическим занятиям Томск: ТУСУР, 2007. - 50 с.

7. Вербовецкий А.А. Основы проектирования цифровых оптоэлектронных систем связи. -М.:

Радио и связь, 2000.- 160 с.

8. Гребнев А.К., Гридин В.Н., Дмитриев В.П. Оптоэлектронные элементы и устройства / Под ред. Ю.В. Гуляева. - М.: Радио и связь, 1998.- 336 с.

9. А.Ярив, П.Юх. Оптические волны в кристаллах. – М: Мир. 1990.