Дисперсия и полоса пропускания

τ (l) = , пс/км. (2.8)

Чем меньше значение дисперсии, тем больше ширина полосы пропускания ОВ, тем больший поток информации можно передать по ОВ.

Максимальная ширина полосы пропускания на 1 километр кабеля обратно пропорциональна дисперсии и приближённо равна:

F = 0, 44/ τ, Гц (2.9)

Дисперсию классифицируют по причинам происхождения следующим образом:

Рисунок 2.11 – Виды дисперсии

Результирующая дисперсия определяется из формулы:

(2.10)

1) Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной траектории распространения у разных мод по ОВ (рисунок 2.3). Эта дисперсия имеет место только в многомодовом волокне, величина её может достигать τ = 20 – 50 нс/км (больше, чем у любого другого вида дисперсии в тысячи раз).

2) Хроматическая (частотная) дисперсия, возникает из-за того, что источник излучения излучает вместо одной моды несколько мод с разными длинами волн. Эта дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место, как в одномодовом ОВ, так и в многомодовом ОВ. Наиболее отчётливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления оптического волокна от длины волны λ.

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны λ. Волноводная дисперсия возникает из-за ограничения света направляющей структурой (волокном). Тогда как почти вся энергия в многомодовом ОВ сконцентрирована в относительно большой сердцевине, в одномодовых ОВ свет распространяется и в сердцевине и в оболочке. Единственная направляемая мода может рассматриваться как распространяющаяся со скоростью, определяемой эффективным показателем преломления, большим чем показатель преломления оболочки, но меньшим показателя сердцевины. С ростом длины волны всё больше энергии распространяется в оболочке с малым показателем преломления. В результате получается расширение импульса, зависящее от структуры волокна, т. е.волноводная дисперсия.

3) Поляризационно-модовая дисперсия (ПМД) - это дисперсия, вызываемая разностью в скоростях распространения двух основных ортогонально-поляризованных мод, существующих в одномодовом волокне. Наличие ПМД приводит к тому, что результирующий выходной импульс света уширяется по сравнению с входным. Луч света от источника излучения попадает на вход ОВ. При этом возникает явление двойного лучепреломления. Это означает, что внутри ОВ образуется две волны (моды), которые поляризуется в двух ортогональных (взаимно-перпендикулярных) плоскостях и распространяется в виде двух мод одной волны. Из-за физической асимметрии показателя преломления ОВ эти моды одной волны движутся с разной скоростью.

ПМД также может быть возникать в местах соединения волокон или изгибах. ПМД влияет на работу ВОЛС так же, как и хроматическая дисперсия, но механизм уширения импульсов в этих случаях различен.

Рисунок 2.12 – Поляризационно-модовая дисперсия

Существенным отличием ПМД от хроматической дисперсии является тот факт, что влияние хроматической дисперсии в линии можно компенсировать, в то время как методов компенсации влияния ПМД в настоящее время не существует. В прошлом (лет 15 назад) влияние ПМД не принималось во внимание, поскольку скорости передачи, а также расстояния между регенераторами в ВОЛС были относительно невелики. В настоящее время, когда скорости передачи достигают сотен Гбит/с, а расстояния между оптическими регенераторами в ВОЛС - сотен километров, ПМД становится ограничивающим фактором при разработке ВОЛС.

Вмногомодовых ступенчатых волокнах определяющей является межмодовая дисперсия, которая обусловлена наличием большого числа распространяющихся мод и различиями времен их распространения по волокну, обычно в многогодовом ОВ τ =20÷ 50 нс/км.

В градиентных ОВ происходит выравнивание времени распространения различных мод и определяющей является материальная дисперсия, τ =3÷ 5 нс/км.

В ступенчатых одномодовых ОВ проявляется хроматическая (волноводная и материальная) дисперсия, но они почти равны по абсолютной величине и противоположны по фазе в широком спектральном диапазоне (Рисунок 2.13) при λ = 1, 2 ÷ 1, 7 мкм. В одномодовых ОВ τ = 5 -17 пс/км.

Возникновение хроматической дисперсии в материале световода обусловлено тем, что оптический источник, возбуждающий вход ОВ (светоизлучающий диод – СИД или лазерный диод – ЛД), формирует световые импульсы, имеющие непрерывный волновой спектр определенной ширины (например, для СИД это примерно 35-60 нм, для многомодовых лазерных диодов (ММЛД) – 2-5 нм, для одномодовых ЛД (ОМЛД) – 0, 01-1нм). Различные спектральные компоненты импульса распространяются с разными скоростями и приходят в определенную точку (к концу волокна) в разное время, приводя к уширению импульса на выходе.

В области от 800 нм до 1270 нм более длинные волны (более красные) движутся по ОВ быстрее по сравнению с более короткими (более голубыми) длинами волн (рисунок 2.13). Например, волны длиной 860 нм распространяются быстрее по стеклянному волокну, чем волны длиной 850 нм. Это связано с тем, что коэффициент преломления стекла в диапазоне от 800 нм до 1270 нм уменьшается с ростом длины волны, (этим же самым явлением объясняется возникновение радуги). Такая дисперсия называется положительной.

В области от 1270 нм до 1700 нм ситуация меняется: более короткие волны движутся быстрее по сравнению с более длинными; волна 1560 нм движется медленнее, чем волна 1540 нм, т.е. коэффициент преломления стекла в диапазоне от 1270 нм до 1700 нм увеличивается с ростом длины волны. Это явление называют аномальной (отрицательной) дисперсией. Отрицательная дисперсия выражается в том, что более «медленные» спектральные составляющие импульса ускоряются, а «быстрые», наоборот замедляются. В некоторой точке спектра происходит совпадение, при этом более голубые и более красные длины волн движутся с одной и той же скоростью. Это совпадение скоростей происходит на длине волны примерно 1270 нм, на этой длине волны материальная дисперсия равна нулю (См. рисунок 2.13 и таблицу 2.1).

Из рисунка 2.13 видно, что на определённой длине волны материальная и волноводная дисперсия противоположны по знаку и равны по величине, т. е. взаимно компенсируются. На этой длине волны хроматическая дисперсия, являющаяся суммой материальной и волноводной дисперсий, равна нулю. Для ОВ эта длина волны - порядка 1312 нм, её называют длиной волны нулевой дисперсии, Таким образом, для одномодового кварцевого волокна хроматическая дисперсия положительна для длин волн λ < 1312 нм и отрицательна для длин волн λ > 1312 нм, а в окрестности λ = 1312 нм она нулевая.

Таблица 2.1 – Типичные значения удельной материальной дисперсии одномодового ОВ

, мкм	0, 6	0, 85	0, 9	1, 27	!.312	1, 33	1, 55	1, 6	1, 8
М (), пс/нм*км					-8	-9	-18	-20	-25
В (), пс/нм*км

Материальная и волноводная дисперсии ОВ пропорциональны ширине спектра излучения источника Δ λ.Значения этих дисперсий можно определить через удельную дисперсию по формулам: ; (2.11)

(2.12)

где М(λ) – удельная материальная дисперсия, значения которой представлены в таблице 2.1, В(λ) – удельная волноводная дисперсия, значения которой представлены в таблице 2.1, Δ λ – ширина спектральной линии источника излучения.

Измеряется хроматическая дисперсия в единицах: пс/км.

Рисунок.14 – Зависимость материальной, волноводной и результирующей дисперсии от длины волны для ОВ со смещённой дисперсией

Известно, что для кварцевых ОВ минимум затухания соответствует длине волны 1, 55 мкм и дальность связи на этой длине волны ограничивается хроматической дисперсией. Как следует из рисунка 2.13, обычное одномодовое волокно не обеспечивает минимум дисперсии для λ =1, 55 мкм, поэтому были разработаны ОВ со смещенной (Dispersion Shifted) дисперсией, которые отличаются конфигурацией профиля показателя преломления (треугольный профиль).

На рисунке 2.14 представлены зависимости материальной, волноводной и результирующей дисперсии от длины волны для ОВ со смещённой дисперсией.

При изменении профиля преломления ОВволноводная дисперсия увеличивается, икомпенсация дисперсии осуществляется на другой длине волны – 1, 55 мкм, благодаря чему можно оптимизировать ОВ для работы в третьем окне прозрачности, где затухание ОВ минимально.

В результате исследований волокон со смещенной дисперсией было показано, что наилучшие показатели обеспечивают волокна с треугольным профилем, так как они обладают самофокусирующими свойствами и удерживают распространяющиеся лучи в небольшом объеме, прилегающем к оси ОВ.

Хроматическая дисперсия выбрана международным союзом связистов (INU) в качестве критерия для классификации одномодовых оптических волокон. Согласно этому критерию, существует три типа одномодовых оптических волокон:

1) Стандартное одномодовое волокно (тип G.652). Это наиболее ходовой тип волокна, используется в мире с 1988 года. Параметры (потери и дисперсия) этого волокна оптимизированы на длину волны 1310 нм (минимум хроматической дисперсии), оно может использоваться и в диапазоне длин волн 1525...1565 нм, где имеет место абсолютный минимум потерь в волокне.

2) Одномодовое волокно со смещенной нулевой дисперсией (тип G.653). Называется так потому, что абсолютный минимум хроматической дисперсии путем выбора специальной формы профиля показателя преломления смещен в диапазон длин волн λ = 1550 нм абсолютного минимума потерь в волокне. Волокно G.653 оптимизировано для высокоскоростной передачи на одной длине волны и имеет ограниченные возможности для передачи на нескольких длинах волн.

3) Одномодовое волокно со смещенной в область длин волн λ = 1550 нм ненулевой дисперсией (тип G.655). Волокно оптимизировано для высокоскоростной передачи информации на нескольких длинах волн в диапазоне около 1550 нм. Волокно G.655 разработано для волоконно-оптических систем со спектральным уплотнением каналов - DWDM-систем (при работе этих систем нулевая дисперсия может привести к возникновению нелинейных эффектов в ОВ).

Виды коррозии оболочек кабеля

Коррозия – процесс разрушения металла, следствие химического или электрохимического воздействия окружающей среды.

Классификация:

- атмосферная

- почвенная (элекрохимическая)

- межкристаллическая (механическая)

- электрокоррозия (коррозия блуждающих токов)

Атмосферная коррозия. Коррозии данного типа подвержены металлические сооружения, находящиеся на воздухе (арматура ВЛС). Причины возникновения – влажность воздуха, наличие химических веществ в воздухе

Почвенная коррозия. Возникает в результате химического взаимодействия оболочки металла с электролитами, находящиеся в почве. Скорость протекания такой коррозии зависит от вида почвы (т.е. содержания в ней солей, кислот, щелочей).

По удельному сопротивлению почвы подразделяют на три категории:

1. низкоагрессивные. Р> 100 Ом/м. К таким грунтам относятся песчаные, глинистые, либо каменистые почвы

2. среднеагрессивные. Р = от 20 до 100 Ом/м. Лесные почвы, слабый чернозём.

3. высокоагрессивные. Р< 20 Ом/м. торф, перегной, известь, чернозём, мусор

По химическому составу крунты классифицируются по трём категориям:

1. РН=5 => кислотные грунты (содержат растворы серной, соляной кислот). К ним относятся: торф, чернозём, перегной

2. РН= от 5 до 10 => нейтральные грунты. Песок, глина, камни.

3. РН= от 10 до 15 – щелочные грунты. Раствор калия, кальция, фосфора, известь, различные удобрения, зола

Межкристаллическая коррозия. Т.е. разрушение металлической оболочки, вызванная переменными нагрузками. Причины: вибрации при транспортировке кабеля на большие расстояния, а так же при прокладке около авто- и жд- дорог.

Электрокоррозия. Разрушение металлической оболочки кабеля под действием блуждающих токов. Источники блуждающих токов: электротранспорт (трамваи, электрички), и источники дистанционного питания

Анодная зона – участок кабеля, на котором блуждающие токи выходят из кабеля землю, разрушая оболочку.

Катодная зона – участок кабеля, на котором блуждающие токи выходят из земли.

Защита

1. выбор трассы с менее агрессивным грунтом.

2. применение поэлитиленового шланга и джута

3. применение электр. дренажа и катодных станций (исп. при электрокоррозии)

4. применение протекторов (при почвенной коррозии)

5. амортизаторы, либо рессорные подвески (при межкристаллической коррозии)

6. атмосферн. (арматуруру покрывают лаком, либо используют аценкованную провалку)

Способы соединения оптики

Все соеденители оптических волокон подразделяются на:

- разъёмные

- не разъёмные. Применяется на стационрных кабельных линиях прокладываемых на длительное время. К ним относится сварка.

Затухание для одноразъёмных соединителей:

0, 01 до 0, 03 Дб/км

Разъёмные соединители используются на мобильных линиях, где часто приходится соединять/разъединять линию.

К разъёмным можно отнести

1. метод склеивания: используется 2 V-образные пластинки, куда всавляются волокна и всё это заливается клеем

2. роликовые соединители. Используются 3 стержня, вокруг которых укладываются волокна, затём всё это соеденителем ТУТом и заливается клеем.

3. соединительные линии (они же сплайсеры)

Они представляют собой две половинки (трубки), которые в процессе защёлкиваются

Затухание для всех разъёмных линиях составляет от 0, 1 до 0, 3 Дб/км

Первичные параметры кабельных линий связи:

Активное сопротивление (R) – это сопротивление, которое преодолевает ток, проходя по кабельной цепи

Индуктивность кабельной цепи (L) – характеризует способность материала намагничиваться. Зависит от материала, формы, размера проводника

Ёмкость (C) – это диелектрик находящийся между двумя проводниками. Она зависит от длины проводника, от расстояния между жилами, и от свойств диэлетрика.

Проводимость (G) – величина, обратная сопротивлению.

Вторичные параметры кабельных линий связи:

Волновое сопротивление – это полное сопротивление, которое преодолевает ток, проходя по однородной кабельной линии

Коэффициент затухания – показывает, как изменяется сигнал по амплитуде, распространяясь по кабельной цепи

Коэффициент фазы – характеризует изменение сигнала по фазе.