Файл: Методические указания по выполнению курсового проекта Выбор типа кабельных линий связи на проектируемом участке. 14.doc

α = a/L, дБ/км		(15)
где	a– затухание оптического волокна; L – длинна оптического волокна в км;

Каждая мода имеет нормированную частоту, которая определяет область её существования. По оптическим волокнам могут распространяться только те световые волны, которые имеют частоту колебаний выше критической или соответственно длину волны меньше критической.

Таблица 10 - Значения корней Бесселевых функций для различных мод

n	Pn,mпри m, равном			Тип моды
	1	2	3
0 1 1 2 2	2,405 0,000 3,832 2,405 5,136	5,520 3,832 7,016 5,538 8,417	8,654 7,016 10,173 8,665 11,620	E0,m , H0 ,m HEn, m EHn, m HEn, m EHn, m

Примечание. В индексе: n – число полных изменений векторов поля по периметру сердцевины ОВ; m – число полных изменений векторов поля по диаметру сердцевины ОВ.

Затухание оптических кабелей (α_к) обусловлено собственными потерями в оптических волокнах (α_с) и дополнительными потерями, обусловленными их деформацией и изгибами при изготовлении, прокладке и эксплуатации оптического кабеля связи:

αк = αс+ αдоп, дБ/км,

(16)

Собственные потери оптических волокон складываются из потерь на поглощение (α_п) и потерь на рассеяния (α_р), т.е.

αс= αп+ αр., дБ/км,

(17)

, дБ/км,		(18)
где	tgδ- тангенс угла диэлектрических потерь материала сердцевины ОВ; - длина волны излучения, выраженная в км.
, дБ/км ,		(19)
где	Кр- коэффициент рассеяния материала сердцевины ОВ, дБмкм4/км; - длина волны , мкм.

---

Дополнительные потери в оптических кабелях, обусловленные деформацией оптических волокон в процессе изготовления, прокладки и эксплуатации кабеля равны

αк= αмакро+ αмикро, дБ/км,		(20)
где	αмакро и αмикро - дополнительные потери соответственно вследствие микроизгибов и макроизгибов оптического волокна.

Потери на изгибе прямо пропорциональны exp(−R/R_C) , где R – это радиус кривизны изгиба волокна, а критический радиус изгиба R_C =а/NA²,где а радиус сердцевины. У одномодовых волокон обычно Rc =0,2-0,4 мм, а потери на изгиб, при радиусе изгиба R >5мм, пренебрежимо малы (<0.01дБ/км). Поскольку у большинства макроизгибов значение R превышает 5мм, то потери на макроизгибах практически пренебрежимо малы.

В ряде случаев микроизгибы могут существенно влиять на прирост αк. Значение потерь на одном микроизгибе может изменяться в пределах (0,01÷0,1) дБ. Приращение затухания от микроизгибов α_микро зависит от мелких локальных нарушений прямолинейности ОВ, характеризуемых смещением оси ОВ в поперечных направлениях на участке микроизгиба. Основными причинами появления микроизгибов являются локальные неосесимметричные механические усилия различного происхождения, приложенные к очень малым участкам ОВ. К микроизгибам следует отнести такие поперечные деформации ОВ, для которых максимальное смещение оси ОВ соизмеримо с диаметром сердцевины волокна. Особенностями микроизгибов является то, что они, как правило, многочисленны, расстояние между соседними микроизгибами существенно больше их размера. Несовершенство волокна, обусловленное затуханием света на микроизгибах увеличит общее затухание на 0,005 дБ/км.

Общие кабельные потери оптического волокна растут в течении времени эксплуатации. Основной причиной постепенного увеличения кабельных потерь ОВ является влага, проникающая в ОК. Под ее действием происходит помутнение стекла и образование микротрещин.

Пример. Рассчитать собственные потери в оптическом волокне на длине волны λ = 1,55 мкм; показатель преломления сердцевины n₁ = 1,497 ; tgδ=10^-9; К_р =1,25 дБмкм⁴/км.

Собственные потери в оптическом волокне α

---

_с= α_п + α_р , дБ/км,

α _п= 8,69 ∙10³∙ π ∙ n₁ ∙ tgδ / λ = 8,69 ∙ 3,14 ∙ 1,497 ∙ 10^-12 / (1,55 ∙ 10^-6) = 0,0264 дБ/км;

α_р = К_р/ λ⁴ = 1,25/ 1,55⁴ = 0,2166 дБ/км;

α_с = 0,0264 + 0,2166 = 0,243 дБ/км

α_к=0,243+0,005=0,248 дБ/км

Коэффициент затухания в оптическом волокне составит 0,248 дБ/км.

Фазовая скорость распространения светового импульса по оптическим волокнам. Фазовая скорость может изменяется в пределах:

максимальная фазовая скорость:

= с/n1 , км/с,

(21)

минимальная фазовая скорость:

= с/n2 , км/с,

(22)

Дисперсия. Под дисперсией понимается увеличение длительности импульса оптического излучения при его распространении по оптическому волокну за счет рассеяния во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и использование многомодового режима работы оптического волокна при передаче сигнала. Дисперсия, вызванная первой причиной, называется хроматической (частотной) τ_хр. Она состоит из двух составляющих - материальной (τ_м) и волноводной (внутримодовой) (τ_в) дисперсий. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления кварца от длины волны:

τв = Δλ В(λ) ∙L , пс,		(23)
где	В(λ) – удельная волноводная дисперсия, пс/(нмкм)

Дисперсия, вызванная передачей двух и более мод по оптическому волокну, называется модовой (межмодовой) (τ_мод). Она обусловлена тем, что каждая мода распространяется со своей скоростью. Результирующее уширение импульсов в результате дисперсионных процессов в однородном оптическом волокне (τ_рез) может быть рассчитано по формуле:

---

пс

(24)

В одномодовых ОВ модовая дисперсия отсутствует. Результирующее значение дисперсии определяется хроматической дисперсией.

Пример расчета уширения импульса (τ_хр) на километровой длине одномодового волокна при длине волны λ = 1,55 мкм, ширине спектральной линии лазерного диода Δλ= 2,5 нм, величине удельной дисперсии В(λ)=12 пс/(нмкм) и удельной материальной дисперсии М(λ)= -18 пс/(нмкм).

Величина уширения импульса из-за волноводной дисперсии (τ_в) равна

= Δλ ∙ В(λ) ∙L пс = 0,7 ∙ 8 ∙ 1 = 5,6 пс

Величина уширения импульса из-за материальной дисперсии (τ_м) равна

= Δλ ∙ М(λ) ∙L = 0,7 ∙ (-4) ∙ 1 = -2,8 пс.

Результирующее уширение импульса на одном километре из формулы (5.9.15) равно

=

---

5.10. Источники и приемники оптических излучений

Дальность непосредственной связи по ВОЛП, так же, как и длина регенерационного участка, зависит от параметров оптических волокон и энергетических характеристик приемопередающих устройств.

5.10.1 Источники светового излучения

Источник светового излучения представляет собой прибор, преобразующий электрическую энергию возбуждения в энергию оптического излучения заданного спектрального состава и пространственного распределения.

Работа различных источников оптического излучения основана на инверсной заселенности энергетических уровней. Создание инверсной заселенности уровней называется накачкой.

При переходе атома с более высокого энергетического уровня (Е₂) на более низкий (Е₁) происходит излучение на частоте , где h=6,62^.10^-34 Джс - постоянная Планка. Переходы с верхнего уровня на нижний могут быть спонтанными (самопроизвольными), что характерно для обычных светоизлучающих диодов (светодиодов), а также спонтанными и вынужденными (суперлюминесцентные светоизлучающие диоды) и только вынужденными (лазеры).

К источникам излучения предъявляют следующие требования:

• 
  высокая эффективность преобразования энергии возбуждения в энергию оптического
  

излучения;

• 
  узкая спектральная полоса излучения (ширина спектральной линии);
  
• 
  направленность излучения;
  
• 
  быстродействие, т.е. быстрое возникновение и гашение излучения;
  
• 
  совместимость с интегральными микросхемами;
  
• 
  высокая технологичность и низкая стоимость;
  
• 
  высокие эксплуатационные характеристики и в первую очередь устойчивость к жестким
  

механическим, температурным, радиационным воздействиям, а также долговечность;

• 
  когерентность генерируемого излучения.
  

В волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) с использованием фотоприёмников прямого детектирования требуются лишь косвенные проявления когерентности, такие как узкий спектр и направленность излучения.

---