WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Використання світловодів - Курсова робота

Використання світловодів - Курсова робота

Рис.1

У багатомодовому волокні розмір світловідної жили порядку 50-60мкм, що уможливлює поширення великої кількості променів (багато мод) (мал.2).

Рис.2

Обидва типи волокна характеризуються двома найважливішими параметрами: згасанням і дисперсією. Загасання звичайно виміряється в дб/км і визначається втратами на поглинання й на розсіювання випромінювання в оптичному волокні. Втрати на поглинання залежать від чистоти матеріалу, а на розсіювання - від неоднорідностей показника заломлення матеріалу.

Рис.3

Інший найважливіший параметр оптичного волокна - дисперсія. Дисперсія - це розсіювання в часі спекртальных і модових складових оптичного сигналу. Існує три типи дисперсії:

модова дисперсія – властива багатомодовому волокну й обумовлена великою кількістю числа мод, час поширення яких різний.

матеріальна дисперсія – обумовлена залежністю показника заломлення від довжини хвилі.

хвильова дисперсія – обумовлена процесами усередині моди й характеризується залежністю швидкості поширення моди від довжини хвилі.

Згасання й дисперсія в різних типах оптичних волокон різні, Одномодові волокна мають кращі характеристики по згасанню й по смузі пропускання, тому що в них поширюється тільки один промінь. Однак, одномодові джерела випромінювання в кілька разів дорожче багатомодових. В одномодове волокно важче ввести випромінювання через малі розміри световодной жили, із цієї причини одномодові волокна складно зрощувати з малими втратами.

Оскільки світлодіод або лазер випромінює деякий спектр довжин хвиль, дисперсія приводить до розширення імпульсів при поширенню по волокну й тим самим породжує перекручування сигналів. При оцінці користуються терміном "смуга пропущення" - це величина, зворотна до величини розширення імпульсу при проходженні ним по оптичному волокну відстані в 1 км. Виміряється смуга пропущення в МГц*км. З визначення смуги пропущення видно, що дисперсія накладає обмеження на дальність передачі й на верхню частоту переданих сигналів.

Якщо при поширенні світла по багатомодовому волокну як правило переважає модовая дисперсія, то одномодовому волокну властиві тільки два останніх типи дисперсії. На довжині хвилі 1.3 мкм матеріальна й хвильова дисперсії в одномодовому волокні компенсують один одного, що забезпечує найвищу пропускну здатність.

Загасання й дисперсія в різних типів оптичних волокон різні. Одномодові волокна мають кращі характеристики по загасанню й по смузі пропущення, тому що в них поширюється тільки один промінь. Однак, одномодові джерела випромінювання в кілька разів дорожче багатомодових. В одномодовое волокно важче ввести випромінювання через малі розміри світловідної жили, по цій же причині одномодові волокна складно зрощувати з малими втратами. Оконцевание одномодових кабелів оптичними розніманнями також обходиться дорожче.

Багатомодові волокна більше зручні при монтажі, тому що в них розмір световодной жили в кілька разів більше, ніж в одномодових волокнах. Многомодовий кабель простіше оконцевать оптичними розніманнями з малими втратами (до 0.3 d) у стику. На многомодовое волокно розраховані випромінювачі на довжину хвилі 0.85 мкм - самі доступні й дешеві випромінювачі, що випускають у дуже різноманітному асортименті. Але загасання на цій довжині хвилі в багатомодових волокон перебуває в межах 3-4 Дб/км і не може бути істотно поліпшено. Смуга пропущення в багатомодових волокон досягає 800 Мгц*км, що прийнятно для локальних мереж зв'язку, але не досить для магістральних ліній.

3. Параметри оптичних волокон

3.1 Геометричні параметри оптичних волокон

Серед геометричних параметрів ОВ виділяють параметри кварцового світловода й параметри покриття. Перші є найбільш істотними й визначають тип світловода. Найбільш важливий параметр ОВ - діаметр серцевини, оскільки геометричні розміри й профіль показника заломлення серцевини визначають модовий сполука ОВ. Під діаметром серцевини розуміють діаметр центральної області ОВ з високим значенням показника заломлення. Під діаметром серцевини розуміють діаметр за рівнем 0.1 від максимального значення коефіцієнта заломлення (на осі ОВ). Структура ОВ із вказівкою типових параметрів показана на мал.4.

Рис.4. Структура оптичного волокна

Крім перерахованих вище, до геометричних параметрів ставляться: довжина волоконного світловода, некруглість (овальність) серцевини (для МОВ), некруглість (овальність) оболонки, неконцентричність (некоаксиальність, концентричність, коаксиальність) серцевини й оболонки, концентричність (коаксиальність, неконцентричність, некоаксиальність) покриття.

3.2 Оптичні параметри волокон

До оптичних параметрів ОВ віднесемо наступні характеристики:

- коефіцієнт (показник) заломлення серцевини й оболонки

- різниця показників заломлення

- відносна різниця показників заломлення

- груповий показник заломлення, ефективний груповий показник заломлення

- профіль показника заломлення

- діаметр модового поля (для ООВ)

- числова апертура, довжина хвилі зрізу (для ООВ)

Коефіцієнт заломлення є однієї з основних фізичних характеристик оптичних середовищ і дорівнює кореню квадратному з відносної діелектричної проникності середовища для електромагнітних хвиль оптичного діапазону. Природно, показник заломлення залежить від хімічного складу речовини й має різне значення для різних довжин хвиль світла, що поширюється. Так для чистого кристалічного кварцу в діапазоні довжин хвиль 185 - 3000 нм показник заломлення для звичайного й незвичайного променів міняється від1.676 до 1.499 і від1.689 до 1.507 відповідно.

В оптичних волокнах застосовується плавлений кварц, а необхідний показник заломлення досягається шляхом легування кварцу. Типові значення показника заломлення лежать у діапазоні 1.46 - 1.47. При цьому відмінність показника заломлення серцевини від показника заломлення оболонки становить порядку 1% для багатомодових ОВ і менш 0.4% для одномодових. Загальноприйняті позначення для показника заломлення серцевини - n1, оболонки - n2. Різниця показників заломлення серцевини n1 й оболонки n2 має типове значення порядку 0.01 для МОВ, менш 0.004 для ООВ, позначається Dn й обчислюється по формулі:

Dn = n1 - n2

де n1 - максимум показника заломлення серцевини ОВ, n2 - показник заломлення оболонки.

Під відносною різницею показників заломлення D розуміють величину, рівну відношенню різниці показників заломлення серцевини й оболонки до показника заломлення серцевини:

D = (n12 - n22)/2n12 " (n1 - n2)/n1

Ефективний груповий показник заломлення. У волоконно-оптичних лініях зв'язку передаються імпульсні сигнали, що володіють досить складним спектром. При цьому кожна хвиля, що відповідає певній спектральній складовії, рухається зі своєю фазовою швидкістю Vф. У результаті хвильовий пакет, або імпульс, рухається із груповою швидкістю Vгр. Для поширення імпульсу в нескінченному середовищі з показником заломлення n вірні наступні співвідношення:

Vф = c/n, (2.5)

Vгр = c/nгр , (2.6)

nгр = n - λ(dn/d λ), (2.7)

де λ й c - довжина хвилі й швидкість світла у вакуумі,

nгр - груповий показник заломлення,

dn/d λ - похідна показника заломлення по довжині хвилі світла.

Аналогічно для світловода ефективний груповий показник заломлення вводиться як коефіцієнт, що показує в скільки разів швидкість поширення імпульсних сигналів по світловоду менше швидкості світла у вакуумі. При цьому групова швидкість для m-й моди ОВ обчислюється як похідна кутової частоти світла по постійної поширення m-й моди:

Vгр = dw/dbm = - (2pc/ λ 2) Ч (d λ /dbm),

де w - кутова частота світла,

bm - постійна поширення m-й моди.

Перші (багатомодові) ОВ виготовлялися із Профілем Показника Заломлення (ППП) у вигляді східчастої функції, показаної на мал. 5а). Наступним кроком у розвитку технології виробництва світловодів було виготовлення ОВ із градієнтним ППП (мал.5б)), що володіють істотно меншою міжмодовою дисперсією й, як наслідок, більш ніж на порядок збільшеною смугою пропущення (десятки Мгц/км для східчастих БОВ і порядку одного Ггц/км для градієнтних БОВ). У градієнтних БОВ, також як й у східчастих, діаметр серцевини становить 50 мкм, однак, показник заломлення змінюється плавно, за законом, близькому до параболічного. Як було показано в численних дослідженнях, саме такий ППП забезпечує мінімальне дисперсійне перекручування сигналу. Цей факт докладніше буде розглянутий пізніше під час обговорення дисперсійних характеристик ОВ.

Loading...

 
 

Цікаве