Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Параметри оптичних волокон






     

    Згідно [1] і [2] основними параметрами оптичного кабелю вважаються: геометричні розміри серцевини 2 а й оболонки 2 b: числова апертура NA і коефіцієнт загасання α, додатковими параметрами являються: відносна різниця показників переломлення ∆, нормована частота V, число мод що поширюється М, критична частота f кр.

     

    2.3.1 Розрахунок оптичних параметрів волокна

     

    Для вибраної конструкції ОК необхідно вибрати матеріали для оболонки і сердечника оптичного волокна (ОВ) і визначити показник заломлення (ПЗ) по формулі Селмейєра [6]:

     

    , (2.1)

     

    де n – показник переломлення;

    , – коефіцієнти ряду Селмейера для кварцового скла;

    λ – довжина хвилі.

    Для виготовлення сердечника виберемо кварцове скло з легуючою добавкою (домішком) окису германії з [6]

    Рецептура скла сердечника наступна: .

    Для цієї рецептури коефіцієнти ряду Селмейєра будуть дорівнювати:

     

    .

     

    Розрахуємо показник заломлення для сердечника по формулі (2.1) на довжині хвилі мкм:

     

     

     

    Для виготовлення оболонки виберемо кварцове скло з легуючою добавкою (домішком) окису бору з [6]

    Рецептура скла оболонки наступна: .

    Для цієї рецептури коефіцієнти ряду Селмейера будуть дорівнювати:

     

    .

    Розрахуємо показник заломлення для оболонки по формулі (2.1) на довжині хвилі мкм:

     

     

     

    У результаті одержуємо:

    - сердечник з діаметром мкм і показником заломлення .

    - оболонку діаметром мкм і показником заломлення .

    Розрахуємо значення відносної різниці показників заломлення [1] Δ по формулі 2.2.

     

    , (2.2)

    тоді,

     

    ∆ =

     

    Від значення залежить ефективність вводу випромінювання джерела в оптичному волокні, величини втрат на мікровигинах, дисперсії і імпульсів.

     

     

    Числова апертура визначає максимальний тілесний кут входження променів у серцевину волокна, який дорівнює 2QKp.

    Розрахуємо числову апертуру [1]:

     

    , (2.3)

    тодi,

     

    NA =

     

    Для визначення числа мод, які розповсюджуються в ОВ, визначимо нормовану частоту за формулою [1]:

     

    , (2.4)

     

    де: λ – довжина хвилі, мкм. λ =1, 55 мкм

    2 а =7 мкм - діаметр серцевини ОВ.

    Тоді,

     

     

    Цей параметр визначає режим роботи ОВ. Якщо при ступеневому ППЗ виконується умова, що 0< ν < 2, 405, то режим роботи одномодовий, якщо ν > 2, 405 – багатомодовий. Таким чином, режим роботи одномодовий.

    Розрахуємо критичну частоту, при якій розповсюджується лише один тип хвиль [2]:

     

    , (2.5)

     

    де Рпм, - корінь функції Бесселя, дорівнює – 2, 405.

    Отримаємо,

     

    Гц.

     

     

    Знайдемо також довжину хвилі відсічки по виразу [2]:

     

    . (2.6)

     

    λ 0 = мкм.

     

    2.1.2 Розрахунок параметрів передавання волокна

     

    Визначимо загасання сигналу ОВ. Втрати сигналу в ОВ обумовлені власними втратами і додатковими, виникаючими в результаті виробництва оптичного волокна, зборки оптичного кабелю, і прокладки ОК.

    Отже [1]:

     

    , (2.7)

     

    де: – сумарні власні втрати в ОВ, дБ/км;

    – додаткові втрати в ОВ, дБ/км.

    Сумарні власні втрати в ОВ визначаються, в основному виді [1]:

     

    , (2.8)

     

    де втрати на релеєвське розсіювання, дБ/км.

    Релеєвські втрати можуть бути визначенні для ООВ по формулі:

     

    . (2.9)

     

    Втрати в матеріалі (дБ/км) зв’язані з втратами на поляризацію можуть бути визначені за виразом [1]:

     

    . (2.10)

     

     

    Втрати сигналів, зв’язані з поглинанням в інфрачервоній області спектру (дБ/км), обумовлені хвостами резонансних поглинань іонів (атомів). Вони визначаються за виразом [4]:

     

    . (2.11)

     

    Втрати в ОВ виявляються також і на гідроксильному залишку води ОН, значення яких рівні [1]:

     

     

    Таким чином, втрати на релеєвське розсіювання дорівнюють (2.9):

     

    дБ/км.

     

    Втрати в матеріалі за (2.10) дорівнюють:

     

    дБ/км.

     

    Втрати сигналів, зв’язані з поглинанням в інфрачервоній області за (2.11):

     

    дБ/км.

    Втрати на гідроксильному залишку води ОН складають:

     

    дБ/км.

     

    Отже, за формулою (2.8), отримаємо:

     

    дБ/км.

     

    Додаткові втрати, зв’язані с конструктивними особливостями оптичного кабелю, а також з їхньою прокладкою. Експериментально встановлено, що додаткові втрати приблизно складають 40 % від власних втрат і розраховуються за формулою [1]:

     

    , (2.12)

     

    дБ/км.

     

    Загальні втрати розраховуються за формулою (2.7):

     

    дБ/км.

     

    Виконані вище розрахунки показали, що для обраного нами оптичного волокна сумарні втрати на довжині хвилі 1, 55 мкм складуть 0, 293 дБ/км, що задовольняє рекомендації G.652 ITU-T, по якій загальні витрати дорівнюють

    0, 3 дБ/км.

    Поряд з загасанням α найважливішим параметром волоконно-оптичних систем передачі є смуга частот модуляції оптичної несучої ∆ F, що пропускається оптичним волокном. Вона визначає обсяг інформації, яку можна пропустити по оптичному кабелю.

    Дисперсія виникає по двом причинам: некогерентності джерела випромінювання й існування великого числа мод (типів коливання) у випромінюванні. Дисперсія викликана першою причиною, називається хроматичною (частотною) вона поділяється на два види – матеріальну та хвилеводну (внутрішньомодову). Матеріальна дисперсія зумовлена залежністю показника заломлення оптичного волокна від довжини хвилі.

    Дисперсія, викликана другою причиною, називається модовою (міжмодовою). Вона обумовлена наявністю в випромінюванні великого числа мод, кожна з яких поширюється зі своєю швидкістю. При одномодовому режимі роботи модова дисперсія дорівнює нулю. Чим менше значення дисперсії, тим більший потік інформації можна передати по волокну. В ООВ результуюча дисперсія σ визначається за формулою:

     

    , (2.13)

     

     

    де: – матеріальна дисперсія;

    – хвилеводна дисперсія.

    Вираз (2.13) для визначення можна представити у вигляді:

     

    , (2.14)

     

    де , – питомі матеріальна і хвилеводна дисперсії оптичного волокна, відповідно;

    – середньоквадратична ширина спектральної лінії джерела випромінювання.

    Згідно з паспортними даними використовуваної апаратури ширина спектральної лінії нм. Розрахуємо питому хвилеводну дисперсію за формулою [1]:

     

    , (2.15)

     

    де: – радіус серцевини ОВ, мкм;

    - показник заломлення серцевини ОВ.

    Тоді отримаємо:

     

    = пс/(км·нм).

     

    Розрахуємо питому дисперсію матеріалу ОВ по методу кінцевих різниць[1]:

     

    , (2.16)

     

    де: - перша похідна показника заломлення.

     

    Розрахуємо першу похідну показника заломлення за формулою:

     

    , (2.17)

     

    отримаємо:

     

    .

     

     

     

     

    Тепер розрахуємо загальну питому хроматичну дисперсію за формулою (2.14):

     

    пс/(км·нм).

     

    Виконані вище розрахунки показали, що для обраного нами оптичного волокна хроматична дисперсія на довжині хвилі 1, 55 мкм складає 3, 86 пс/(км·нм), що задовольняє рекомендації G.652.

     

    Максимальна довжина дільниці регенерації по загасанню визначається за формулою [7]:

     

    . (2.19)

     

    Мінімальна довжина дільниці регенерації по загасанню з АРУ визначається за формулою [7]:

     

    . (2.20)
    де: – діапазон АРУ приймальної частини апаратури (ПРОМ);

    - запас системи за потужністю;

    - втрати потужності у роз¢ ємному з¢ єднанні джерела випромінювання в волокно;

    - втрати в роз¢ ємному з'єднанні волокна з приймачем;

    - загасання оптичного кабелю типа ОКЛБг на довжині хвилі мкм;

    - будівельна довжина кабелю;

    - втрати в місцях зварювання волокон між собою.

    Максимальна довжина дільниці регенерації по загасанню визначається за формулою (2.20):

     

    км.

     

    Мінімальна довжина ділянки регенерації по загасанню визначається за формулою (2.21):

     

    км.

     

     

    2.3.3 Розрахунок довжини регенераційної ділянки по дисперсії

     

    Довжина регенераційної ділянки обмежена дисперсією сигналів в ОВ, не повинна перевищувати [3]:

    , (2.21)

     

    де: – лінійна швидкість передачі апаратури, бiт/с;

    – хроматична дисперсія, яка може бути розрахована за формулою[5]:

     

    , (2.22)

     

    де: – ширина спектральної лінії джерела випромінювання, нм.

    – питома хроматична дисперсія, пс/нм·км.

    Отже,

     

    пс/км.

     

    Розрахуємо довжину регенераційної ділянки обмежену дисперсією сигналів в ОВ за формулою (2.21):

     

    км.

     

    Так як довжина регенераційної ділянки по загасанню менша ніж по дисперсії, то вибрана максимальна довжина регенераційної ділянки буде дорівнювати 94, 1 км.

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.