**Лабораторная работа, часть 1**
**Цель:**
Рассмотреть принцип построения однополосной одноволоконной однокабельной ВОСП; изучить изменение уровня мощности оптического излучения при прохождении через оптический линейный тракт.
Рис. 1. Структурная схема одноволоконного однополосного ОЛТ
Функциональные элементы: Г -- генератор оптического излучения;
ОРУ -- оптическое развязывающее устройство; ⊳ - оптический усилитель.
Таблица 1 -- Значения мощности сигнала в ключевых точках ОЛТ, дБ
| Г₁ | ОРУ₁ | УС₁ | ОРУ₂ | ОРУ₃ | УС₂ | ОРУ₄ | Г₂ |
|----|------|-----|------|------|-----|------|----|
| Прямое направление |
| -3 | -33 | -38 | -38 | 2 | 2 | -3 | -33 |
| -2,5 | -32,5 | -37,5 | -37,5 | 2,5 | 2,5 | -2,5 | -32,5 |
| -2 | -32 | -37 | -37 | 3 | 3 | -2 | -32 |
| -1,5 | -31,5 | -36,5 | -36,5 | 3,5 | 3,5 | -1,5 | -31,5 |
| -1 | -31 | -36 | -36 | 4 | 4 | -1 | -31 |
| -0,5 | -30,5 | -35,5 | -35,5 | 4,5 | 4,5 | -0,5 | -30,5 |
| 0 | -30 | -35 | -35 | 5 | 5 | 0 | -30 |
| 0,5 | -29,5 | -35,5 | -34,5 | 5,5 | 5,5 | 0,5 | -29,5 |
| 1 | -29 | -34 | -34 | 6 | 6 | 1 | -29 |
| 1,5 | -28,5 | -33,5 | -33,5 | 6,5 | 6,5 | 1,5 | -28,5 |
| 2 | -28 | -33 | -33 | 7 | 7 | 2 | -28 |
| 2,5 | -27,5 | -32,5 | -32,5 | 7,5 | 7,5 | 2,5 | -27,5 |
| 3 | -27 | -32 | -32 | 8 | 8 | 3 | -27 |
| Обратное направление |
| -33 | -3 | 2 | 2 | -38 | -38 | -33 | -3 |
| -32,5 | -2,5 | 2,5 | 2,5 | -37,5 | -37,5 | -32,5 | -2,5 |
| -32 | -2 | 3 | 3 | -37 | -37 | -32 | -2 |
| -31,5 | -1,5 | 3,5 | 3,5 | -36,5 | -36,5 | -31,5 | -1,5 |
| -31 | -1 | 4 | 4 | -36 | -36 | -31 | -1 |
| -30,5 | -0,5 | 4,5 | 4,5 | -35,5 | -35,5 | -30,5 | -0,5 |
| -30 | 0 | 5 | 5 | -35 | -35 | -30 | 0 |
| -29,5 | 0,5 | 5,5 | 5,5 | -34,5 | -34,5 | -29,5 | 0,5 |
| -29 | 1 | 6 | 6 | -34 | -34 | -29 | 1 |
| -28,5 | 1,5 | 6,5 | 6,5 | -33,5 | -33,5 | -28,5 | 1,5 |
| -28 | 2 | 7 | 7 | -33 | -33 | -28 | 2 |
| -27,5 | 2,5 | 7,5 | 7,5 | -32,5 | -32,5 | -27,5 | 2,5 |
| -27 | 3 | 8 | 8 | -32 | -32 | -27 | 3 |
Рис. 2. Диаграмма уровней
Затухание сигнала на ОРУ составило:
$$\alpha_{ОРУ} = P_{вх.ОРУ} - P_{вых.ОРУ} = - 5\ дБ.$$
Усиление усилителя составило:
$$S = P_{вых.УС} - P_{вх.УС} = 35\ дБ.$$
Затухание линии:
$$\alpha_{ЛС} = P_{вх.ЛС} - P_{вых.ЛС} = - 36\ дБ.$$
---
**Лабораторная работа, часть 2**
**Цель:**
Определить основные параметры одиночной замкнутой системы (ОЗС); сделать выводы об устойчивости ОЗС; изучить изменение уровня мощности оптического излучения при прохождении через оптический линейный тракт.
Рис. 3. Структурная схема однополосной одноволоконной однокабельной ВОСП.
Функциональные элементы: ТА -- телефонный аппарат; ТУ -- транзитный удлинитель; ДС -- трансформаторная дифференциальная система; ОРУ -- оптическое развязывающее устройство; ⊳ -- оптический усилитель.
При подаче сигнала с ТА структурная схема выглядит следующим образом
В прямом направлении
В обратном направлении
Рис. 4. Подача сигнала с ТА
Из рис. 4 видно, что уровень сигнала (затухание и усиление) изменяется при прохождении через линию ОЛТ. Аналогично в обратном направлении.
Проведем необходимые расчеты.
Затухание сигнала на ТУ:
$$\alpha_{ТУ} = P_{вх.ТУ} - P_{вых.ТУ} = 0 - ( - 3,5) = 3,5\ дБ.$$
Затухание сигнала на ДС:
$$\alpha_{ДС} = P_{вх.ДС} - P_{вых.ДС} = - 3,5 - ( - 13\ ) = 9,5дБ.$$
Затухание сигнала на ОРУ:
$$\alpha_{ОРУ} = P_{вх.ОРУ} - P_{вых.ОРУ} = 0 - ( - 4,5\ ) = 4,5дБ.$$
Затухание линии передачи:
$$\alpha_{ЛС} = P_{вх.ЛС} - P_{вых.ЛС} = - 4,5 - ( - 34,5) = 30\ дБ.$$
Усиление усилителя составило (Центральная часть):
$$S = P_{вых.УС} - P_{вх.УС} = 0 - ( - 39) = 39\ дБ.$$
Определим порог генерации ОЗС изменяя переходное затухание ОРУ.
При снижении переходного затухания с 55 дБ до 35 дБ одиночная замкнутая система генерирует. Это явление изображается возникновением света на выходе оптического усилителя -- рис. 5.
Рис. 5. Генерация ОЗС
Определим запас устойчивости:
$$X = \left( A_{4 - 2}^{1} + A_{4 - 2}^{2} \right) - (S_{y1} + S_{y2})$$
$$X = (55 + 55) - (39 + 39) = 32\ дБ.$$
Устойчивость ОЗС:
$$\sigma = \frac{A_{4 - 2}^{1} + A_{4 - 2}^{2}}{2} - \frac{S_{y1} + S_{y2}}{2},$$
$$\sigma = \frac{55 + 55}{2} - \frac{39 + 39}{2} = 16\ дБ.$$
Вывод: При увеличении усиления каждого из усилителей на величину превышающую или равную 16 дБ, приведет возникновению генерации, следовательно, при значения усиления 55 дБ сделает систему ОЗС неустойчивой.
---
**Лабораторная работа, часть 3**
**Цель:**
Снять амплитудную и амплитудно-частотную характеристику оптического усилителя.
Рис. 6. Структурная схема оптического усилителя EDFA.
Оптический усилитель на оптическом волокне, легированном эрбием (EDFA). P₁, dB и P₂, dB входной и выходной уровень мощности сигнала соответственно.
Запишем значения АЧХ для разных уровней входной мощности сигнала и длины волны.
Таблица 2 -- АЧХ Усилителя
| Усиление усилителя S дБ | Длина волны, нм |
|-------------------------|-----------------|
| | 1530 | 1535 | 1540 | 1545 | 1550 | 1550 | 1560 |
| | Pвх | Pвых | Pвх | Pвых | Pвх | Pвых | Pвх | Pвых | Pвх | Pвых | Pвх | Pвых | Pвх | Pвых |
| 34 | -40 | -6 | -40 | -6 | -40 | -6 | -40 | -6 | -40 | -6 | -40 | -6 | -40 | -6 |
| 34 | -35 | -1 | -35 | -1 | -35 | -1 | -35 | -1 | -35 | -1 | -35 | -1 | -35 | -1 |
| 34 | -30 | 4 | -30 | 4 | -30 | 4 | -30 | 4 | -30 | 4 | -30 | 4 | -30 | 4 |
| 33 | -25 | 8 | -25 | 8 | -25 | 8 | -25 | 8 | -25 | 8 | -25 | 8 | -25 | 8 |
| 31 | -20 | 11 | -20 | 11 | -20 | 11 | -20 | 11 | -20 | 11 | -20 | 11 | -20 | 11 |
| 28 | -15 | 13 | -15 | 13 | -15 | 13 | -15 | 13 | -15 | 13 | -15 | 13 | -15 | 13 |
| 25 | -10 | 15 | -10 | 15 | -10 | 15 | -10 | 15 | -10 | 15 | -10 | 15 | -10 | 15 |
| 20 | -5 | 15 | -5 | 15 | -5 | 15 | -5 | 15 | -5 | 15 | -5 | 15 | -5 | 15 |
| 15 | 0 | 15 | 0 | 15 | 0 | 15 | 0 | 15 | 0 | 15 | 0 | 15 | 0 | 15 |
Как видно по данным из таблицы 2 амплитудная характеристика справедлива для всего диапазона длин волн.
Рис. 7. Амплитудная характеристика усилителя
Порог выходной мощности составляет 13 дБ.
Рис. 8. АЧХ для длины волны 1560 нм
Вывод: Порог усиления для изучаемого оптического усилителя составил 13 дБ.
