ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 74
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
(национальный исследовательский университет)»
ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭЛЕКТРОНИКИ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК
Кафедра «Инфокоммуникационные технологии»
Расчет характеристик оптического волокна
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К СЕМЕСТРОВОЙ РАБОТЕ
по дисциплине «Основы радиофотоники»
| | Руководитель ____________Баранов В.К. «____» __________ 2023 г. |
| | Автор работы студент группы КЭ-310 ___________Ражапов А.С. «____» __________ 2023 г. |
| | Работа защищена с оценкой ____________________ «____» ________ 2023 г. |
Челябинск 2023
ФГАОУВО ЮУрГУ (НИУ)
Высшая школа электроники и компьютерных наук
Кафедра «Инфокоммуникационные технологии»
Задание
на семестровую работу
по дисциплине «РАДИОФОТОНИКА»
Студент: Ражапов Артём Салаватович
Группа: КЭ- 310
Руководитель: Баранов В.К.
1.Тема семестровой работы: Расчет характеристик оптического волокна.
2. Техническое задание (Вариант № 15)
| | Одномодовое оптическое волокно | Смещение | ||||||||
| № варианта | 1,нм | 2,нм | d, мкм | D, мкм | ∆,% | погрешность изготовления δd, мкм | ∆LD,нм | θ, град | s/d | l/d |
| 15 | 1485 | 1651 | 9 | 128 | 0,33 | ±0,6 | 1,6 | 3,3 | 0,39 | 0,10 |
| | Многомодовое ОВ | Смещение | |||||||
| № варианта | 1 нм | 2нм | d, мкм | D, мкм | ∆, % | θ, град | s/d | l/d | |
| 15 | 846 | 1290 | 50 | 123 | 2 | 3,3 | 0,39 | 0,10 | |
аннотация
Ражапов А.С. Расчет характеристик оптического волокна. – Челябинск: ЮУрГУ, ВШЭКН; 2023, с. 28, илл. 12, 1 прил.
Предметом исследования в данной семестровой работы является расчет характеристик оптического волокна. В данной работе были изученны теоретические знания в этой сфере. Была определенна расчетная часть (числовая апертура, нормированная частота и числа мод и т.д.) и построены графики в среде программирования “Matlab”.
СОДЕРЖАНИЕ
1. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОМОДОВОГО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
1.1. Расчет числовой апертуры 5
1.2. Расчет нормированной частоты и числа мод 5
1.3. Расчет величины межмодовой дисперсии для ОВ со ступенчатым и градиентным ППП 6
1.4. Расчет коэффициента широкополосности для СтМОВ и ГМОВ 7
1.5. Расчет коэффициента затухания 11
1.6. Построение графика зависимости различных составляющих затухания от длины волны 12
1.7. Расчет зависимости затухания на макро – и микроизгибах. Построение графиков 12
1.8. Расчет потерь на стыках разъемных соединений. Графики 14
2. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОМОДОВОГО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
2.1. Расчет числовой апертуры 16
2.2. Расчет нормированной частоты и критической длины волны 16
2.3. Расчет максимального диаметра сердцевины, при котором соблюдается одномодовый режим 17
2.4. Определение выхода ОВ из одномодового режима при наличии погрешности изготовления диаметра сердцевины 17
2.5. Расчет эффективного диаметра поля моды и эффективной площади сечения 18
2.6. Нормированный график распределения энергии по сечению ОВ 18
2.7. Расчет коэффициента затухания на λ1 и λ2 19
2.8. Расчет коэффициентов материальной, волноводной и хроматической дисперсии 20
2.9. Определение длины волны нулевой дисперсии и вычисление наклона дисперсии в этой точке. 20
2.10. Построение графиков зависимости потерь от величины смещения на стыках разъемных соединений. 21
2.11. Построение на одном графике зависимости коэффициентов дисперсии от длины волны. 23
Приложение ………………………………………………………………24
-
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1.1. Расчет характеристик многомодового оптического волокна.
1. Расчет числовой апертуры.
Расчет проводились в среде программирования Matlab. Приложение 1
Показатель преломления рассчитывается по формуле Селмейера:
(1)где Ai, µi – значения коэффициентов Селмейра,
- показатель преломления среды 1.
Для расчета показателя преломления оболочки воспользуемся формулой:
,где
- показатель преломления среды 2. (2)Подставив значения в формулы (1) и (2) получим:
Для волокна со ступенчатым профилем показателя преломления можно получить значение числовой апертуры, выраженное через показатели преломления:
(3)
2. Расчет нормированной частоты и числа мод
Нормированная частота определяется как:
(4)где d – диаметр сердцевины, [мкм],
-длина волны света [мкм].
Подставив значения, получим:
Т.к. V ˃ 2,405 режим распространения в волокне является многомодовым, (так как в оптическом волокне распространяется не одна волна), что удовлетворяет исходным требованиям.
Число распространяющихся мод в ступенчатом МОВ определим по формуле:
(5)
3. Расчет величины межмодовой дисперсии для ОВ со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления.
Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения мод в МОВ и зависит от длины линии передачи.
Формула расчета величины удельной межмодовой дисперсии, [с/км]:
Для СППП:
, 
<
(6)
, L> (7) Для ГППП:
, 
< (8)
, L> (9)где с – скорость света, км/с;
L – длина межмодовой связи,
– длина межволоконной связиΔ – относительный показатель преломления.
Произведя расчет получим:
Для СППП:
Для ГППП:
4. Расчет коэффициента широкополосности для СтМОВ и ГМОВ.
Коэффициент широкополосности есть полоса пропускания ОВ, выраженная в МГц∙км и рассчитывается по формуле, представленной ниже:
(10)где
– дисперсия на единицу длины.Дисперсия на единицу длины рассчитывается по формуле:
(11)где ????МЕЖ–межмодовая дисперсия,
????ХР– хроматическая дисперсия, которая состоит из материальной ????МАТи волноводной ????ВОЛ составляющих,
????ПОЛ – поляризационно-модовая дисперсия.
Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны.
Рассчитаем материальную дисперсию по формуле:
????мат()=∆∙M() (12)
где ∆– ширина спектральной линии источника излучения, ∆=1 нм,
M() – коэффициент удельной материальной дисперсии
.
Коэффициент удельной материальной дисперсии находим по рисунку 2 из Приложения А и равняется:
Для волны
846 нм: M()=30
.Для волны
1290 нм: M()= –15 .
Рисунок 1- Удельное значение дисперсии при различных длинах волн
Рассчитаем материальную дисперсию для коэффициента из рисунка 1 по формуле:
????мат_21(
)=1∙30=30
.????мат_22(
)=1∙(-15)= -15 .Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны. Рассчитаем волноводную дисперсию по формуле:
???? ВОЛН() = ∆∙В() (13)
где В()-удельная волноводная дисперсия
.Коэффициент удельной волноводной дисперсии определим по рисунку 1 будет равен:
Для волны
846нм: В()=20 .Для волны
1290 нм:В() =18 .Рассчитаем волноводную дисперсию для коэффициента из рисунка 1 по формуле:
???? ВОЛН3(
) = 1∙21=20 .???? ВОЛН4(
) = 1∙18=18 .Результирующее значение коэффициента удельной хроматической дисперсии