ответы 1 лаба. Конструкция оптических волокон. Числовая апертура. Диаметр модового поля
 Скачать 1.77 Mb.
|
|
Хроматическая дисперсия. Основные параметры. Дисперсией оптического волокна называют рассеивание во времени составляющих оптического сигнала. Причина дисперсии – разные скорости распространения составляющих оптического сигнала. Дисперсия проявляется как увеличение длительности (уширение) оптических импульсов при распространении в ОВ. Увеличение длительности оптических импульсов вызывает межсимвольную интерференцию - создает переходные помехи, что ухудшает отношение сигнал/помеха и в результате приводит к ошибкам на приеме. Очевидно, что межсимвольная интерференция увеличивается с уширением оптических импульсов. При фиксированном значении уширения импульсов межсимвольная интерференция возрастает с уменьшением периода следования импульсов T. Таким образом, дисперсия ограничивает скорость передачи информации в линии B=1/T и длину регенерационного участка (РУ). 
существенно превышает другие виды дисперсии, поэтому полоса пропускания таких ОВ определяется в основном модовой дисперсией. Увеличения полосы пропускания многомодовых ОВ добиваются за счет градиентного профиля показателя преломления, в котором показатель преломления в сердцевине плавно уменьшается от оси ОВ к оболочке. При таком градиентном профиле скорость распространения лучей вблизи оси волокна меньше, чем в области, прилегающей к оболочке. В результате, с увеличением протяженности траектории направляемых лучей на отрезке волокна возрастает их скорость распространения вдоль траектории. Чем больше длина пути, тем больше скорость. Это обеспечивает выравнивание времени распространения лучей и, соответственно, снижение модовой дисперсии. Оптимальным с точки зрения минимизации модовой дисперсии является параболический профиль. Полоса пропускания многомодовых волокон характеризуется коэффициентом широкополосности F, МГц.км, значение которого указывается в паспортных данных ОВ на длинах волн, соответствующих первому и второму окнам прозрачности. Полоса пропускания для типовых многомодовых оптических волокон составляет 400…2000 МГц.км. Многомодовые оптические находят применение на локальных сетях, в центрах обработки данных, ведомственных сетях нбоьшой протяженности. С системами спктрального уплотнения не используются. В одномодовых ОВ распространяется только одна основная мода и модовой дисперсии нет. Основным фактором, ограничивающим протяженность участков регенерации высокоскоростных ВОЛП, является хроматическая дисперсия. В рекомендациях Международного союза электросвязи ITU-T G.650 приводится следующее определение: хроматическая дисперсия (ХД) - это уширение светового импульса в оптическом волокне, вызванное разностью групповых скоростей различных длин волн, составляющих спектр оптического информационного сигнала. Длительность оптического импульса на выходе протяженного оптического волокна определяется относительной групповой задержкой самой медленной спектральной компоненты относительно самой быстрой. Таким образом, влияние ХД пропорционально ширине спектра источника излучения. С увеличением протяженности линии передачи и скорости передачи информации влияние хроматической дисперсии возрастает. Вклад в ХД вносят следующие составляющие: материальная и волноводная дисперсия. Важной оптической характеристикой стекла, используемого при изготовлении волокна, является дисперсия показателя преломления, проявляющаяся в зависимости скорости распространения сигнала от длины волны – материальная дисперсия. Кроме этого, при производстве одномодового волокна, когда кварцевая нить вытягивается из стеклянной заготовки, в той или иной степени возникают отклонения в геометрии волокна и в радиальном профиле показателя преломления. Сама геометрия волокна вместе с отклонениями от идеального профиля также вносит существенный вклад в зависимость скорости распространения сигнала от длины волны, это – волноводная дисперсия. Хроматическая дисперсия определяется совместным действием материальной DM () и волноводной дисперсий DB () D() DM() DB() Материальная дисперсия определяется дисперсионными свойствами материала – кварца, DM2n. c 2 Волноводная дисперсия DB () обусловлена зависимостью групповой скорости распространения моды от длины волны, в первую очередь определяется профилем показателя преломления сердцевины волокна и внутренней оболочки. Достаточно часто для оценки волноводной дисперсии используют следующее соотношение:  где V – нормированная частота; b – нормированная постоянная распространения, которая связана с следующим соотношением:  получила название нормированный параметр волноводной дисперсии.  Рис. 3.13. Спектр хроматической дисперсии стандартного ступенчатого волокна Количественно хроматическую дисперсию ОВ оценивают коэффициентом D с размерностью пс/(нм.км).Хроматическая дисперсия волокна в пикосекундах (пс) на участке протяженностью L км, равна D L где - полоса длин волн источника оптического излучения, нм. Основными параметрами хроматической дисперсии являются: 1. Длина волны нулевой дисперсии 0 , нм. На этой длине волны материальная и волноводная составляющие компенсируют друг друга и хроматическая дисперсия обращается в нуль.
быть определен наклон S в любой точке спектра: 
Спектральная зависимость дисперсионных характеристи Стандартные одномодовые волокна (SM) со ступенчатым профилем показателя преломления появились на рынке телекоммуникаций в начале 1980-х годов как реальная альтернатива многомодовым волокнам при построении волоконно-оптических линий дальней связи. Конструктивное уменьшение диаметра сердцевины с 50 мкм до 8–10 мкм при передаче на длинах волн 1310 нм и выше позволяло обеспечить одномодовый режим передачи. В этом случае в оптических волокнах полностью отсутствует наибольшая составляющая дисперсии — модовая дисперсия, что увеличивает реальную полосу пропускания более чем на порядок (коэффициент хроматической дисперсии составлял примерно 20 пс/(нм·км)*)). Таким образом, впервые по волокну заработали системы передачи со скоростями 100 Мбит/с и выше на межстанционных городских сетях и междугородных линиях. К тому же, переход на длины волн оптических несущих 1310 нм и 1550 нм позволял значительно уменьшить затухание в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и увеличить длины регенерационных участков до 40–50 км. В 1988 г. ITU-T впервые стандартизировал этот тип OОВ — Рекомендация G.652 вошла в так называемую Синюю книгу. ______________________________________________________________ *) Единица измерения хроматической дисперсии пс/(нм·км) показывает, на сколько пикосекунд расширяется импульс при прохождении 1 км линии и ширине спектра источника излучения 1 нанометр. Дальнейшее активное применение одномодовых волокон в 1990-х годах обусловила относительная простота технологии их производства, а, соответственно, и относительно невысокая стоимость, а также активное построение транспортных сетей связи в мире. Коэффициент затухания у большинства производителей был уменьшен до 0,2–0,25 дБ/км. В последнее время одномодовые волокна стали использовать на длине волны 1550 нм для организации систем со спектральным уплотнением (WDM) при небольшом количестве несущих (поскольку хроматическая дисперсия достаточно велика). Развитие таких систем заставило задуматься о возможности использования диапазона Е (1360–1460 нм), который был недоступен из-за пика поглощения на ионах гидроксильной группы (1383 нм). В результате, после совершенствования технологии дегидратации, появились одномодовые волокна с так называемым сглаженным водным пиком (LWP, Low Water Peak) (пунктирная линия на рис. 1). Достаточно удачным моментом является то, что для ООВ этого типа длина волны отсечки (пунктирная линия λс) находится рядом с основной рабочей длиной волны 1310 нм. В этом случае волокна менее чувствительны к потерям вследствие изгибов и других деформаций.  Потребность в интегрированной передаче пользователям голосовых сообщений, видеосигналов и данных дала толчок активному развитию оптических технологий на сетях доступа. Здесь одномодовые волокна из-за своей низкой стоимости и широкополосности нашли применение в пассивных оптических сетях (PON) и других технологиях. Большая пропускная способность систем на одномодовых волокнах обусловила их использование в локальных сетях для организации Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet. А для кампусных линий (соединяющих здания). Это наиболее удачный тип среды передачи, ведь здесь широкополосность сочетается с малым затуханием. Таким образом, стандартные одномодовые волокна (G.652) находят широкое применение на сетях связи самых различных типов из-за своей технологичности, невысокой стоимости, пригодности для работы во всех спектральных диапазонах, как с системами спектрального уплотнения, так и без них. Последняя редакция Рекомендации G.652 (2005 г.) содержит параметры и характеристики четырех типов одномодовых ОВ, несколько отличающихся по свойствам и, соответственно, по назначению (табл. 2). В частности, для волокон типов G.652C и G.652D как раз характерен «сглаженный водный пик».  Современные одномодовые ОВ обычно имеют коэффициент хроматической дисперсии порядка 2–3,5пс/(нм·км) на длине волны 1310 нм и 17–18 пс/(нм·км) на длине волны 1310 нм, а также коэффициент затухания — соответственно 0,32–0,38 дБ/км (1310 нм) и 0,17–0,25 дБ/км (1550 нм). Различия в применении волокон G.652 четырех видов рассмотрены ниже. Волокна G.652A находят сейчас самое широкое применение. Они предназначены для работы в составе ОК на транспортных сетях связи для поддержки систем передачи SDH до STM-16 (2,5 Гбит/с), ограниченно STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с) для внутристанционных соединений. Кроме того, благодаря невысокой стоимости, их активно используют для построения оптических сетей доступа, например PON при скорости передачи до 2,5 Гбит/с, а также в локальных сетях для поддержки Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet для внутренних и кампусных (до 40 км) линий. Волокна G.652B отличаются более низкими коэффициентами затухания и поляризационной дисперсии, что позволяет использовать их на транспортных сетях более высокоскоростных систем передачи — до STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с) для внутристанционных и межсетевых интерфейсов. Также возможно использование в системах с WDM для передачи потоков до STM-64 (10 Гбит/с) при ограниченном числе несущих в диапазоне длин волн 1550 нм (диапазон C). Волокна G.652C аналогичны виду G.652A, однако имеют подавленный водный пик на 1383 нм, благодаря чему их можно использовать, кроме всех указанных применений, еще и в диапазоне Е (1360– 1460 нм). Волокна G.652D подобны виду G.652В, но также имеют подавленный водный пик на 1383 нм и могут быть использованы в диапазоне Е (1360–1460 нм), а системы WDM — в расширенном диапазоне длин волн 1360–1565 нм (диапазоны E, S, C).
Классификация одномодовых ОВ согласно рекомендациям МСЭ-Т Сектор телекоммуникаций как подразделение Международного союза электросвязи ( МСЭ-Т) по-английски ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication sector) с 1995 г. разрабатывает технические стандарты, известные как Рекомендации по всем международным аспектам цифровых и аналоговых коммуникаций. Рассмотрим рекомендации ITU-T по оптическому волокну (ОВ): G.652 - стандартное одномодовое ОВ G.653 - одномодовое ОВ с нулевой смещенной дисперсией (ZDSF) G.654 - одномодовое ОВ со смещенной длиной волны отсечки G.655 - одномодовое ОВ с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) G.656 - одномодовое ОВ с ненулевой дисперсией для широкополосной передачи данных G.657 - стандартное одномодовое ОВ с уменьшенными потерями на малых радиусах изгиба G.651.1 - многомодовое ОВ типа 50/125 мкм Многомодовое оптическое волокно типа 62,5/125 мкм в рекомендации ITU-T не включено. Данное оптоволокно включено в стандарт IEC 60793-2-10 (тип A1b). Этот стандарт разработан Международной Электротехнической Комиссией (МЭК) или по-английски International Electrotechnical Commission (IEC). Внутри конкретной рекомендации ITU-T возможны деления оптического волокна на категории по таким характеристикам как типоразмер, потери на макроизгибе, коэффициент затухания, коэффициент хроматической дисперсии, коэффициент поляризационной модовой дисперсии. Рекомендации ITU-T G.652 – стандартное одномодовое оптическое волокно. Разделены на категории A,В,C,D. Выписка взята из редакции 2005 года
Рекомендации ITU-T G.653 – одномодовое оптическое волокно с нулевой смещенной дисперсией (ZDSF). Применяется для высокоскоростных линий связи с большой длиной регенерационного участка без применения технологий оптического уплотнения. Разделены на категории A,В. Выписка взята из редакции 2006 года.
Рекомендации ITU-T G.654 – одномодовое оптическое волокно со смещенной длиной волны отсечки. Применяется в морских и береговых волоконно-оптических системах дальней связи. Разделены на категории A,В,С. Выписка взята из редакции 2006 года
Рекомендации ITU-T G.655 – одномодовое оптическое волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF). Применяется в системах спектрального уплотнения высокой плотностью частотных интервалов (DWDM). Разделены на категории A,В,C,D,E. Выписка взята из редакции 2003 года
Рекомендации ITU-T G.656 – одномодовое оптическое волокно с ненулевой дисперсией для широкополосной передачи данных. Применяется для передачи широкополосного оптического сигнала на базе CWDM и DWDM. Классифицируется с индексом A. Выписка взята из редакции 2006 года
Рекомендации ITU-T G.657 – стандартное одномодовое оптическое волокно с уменьшенными потерями на малых радиусах изгиба. Разделены на категории A1,А2,В2,В3. Выписка взята из редакции 2009 года
Рекомендации ITU-T G 651.1 - многомодовое оптическое волокно типа 50/125 мкм Выписка взята из редакции 2007 года.
Коэффициент хроматической дисперсии ОВ G.653  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||