Курсовая работа НСЭ. Курсовая работа НСЭ Литвинов. Курсовой проект проектирование междугородной магистрали между населёнными пунктами Березники и Серов с использованием оптического кабеля типа омзкгц

• Название: Курсовой проект проектирование междугородной магистрали между населёнными пунктами Березники и Серов с использованием оптического кабеля типа омзкгц
• Анкор: Курсовая работа НСЭ
• Дата: 06.09.2022
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Курсовая работа НСЭ Литвинов.docx
• Тип: Курсовой проект; #664750
• страница: 4 из 7

1.5. Расчет параметров оптического волокна

Исходные данные к расчету параметров передачи ОВ:





Рассчитаем параметры одномодового оптического волокна, работающего на длине волны λ=1,55 мкм при условии, что оптическое волокно имеет ступенчатый профиль показателя преломления. Оболочка ОВ изготовлена из чистого кварца, сердцевина - из кварца с добавками окиси германия.

Рассмотрим относительную разность показателей преломления сердцевины и оболочки . В одномодовом волокне она составляет 0,2...1%, при этом меньшие значения характерны для оптических волокон, работающих на длине волны λ= 1,55 мкм. Показатель преломления кварца повышается на 1% при увеличении концентрации окиси германия на 10%. Следовательно, в одномодовых оптических волокнах концентрация окиси германия в сердцевине не превышает 10%.

Пусть сердцевина содержит 3,1% окиси германия. В этом случае параметры ОВ будут следующими:

• 
  показатель преломления сердцевины:
  

• 
  показатель преломления оболочки: .
  
• 
  Относительная разность показателей преломления:
  
• 
  (1.8)
  
• 
  
  
• 
  
  

Рассчитаем радиус сердцевины одномодового оптического волокна.

Одномодовый режим сохраняется в оптическом волокне в том случае, когда нормированная частота V меньше частоты отсечки V_cпервой моды высшего порядка. При точном анализе такой модой является одна из мод ,а в приближении линейно поляризованных мод – моды .

Из нижеприведенного неравенства можно определить радиус сердцевины оптического волокна:

(1.9)

(1.10)

Для двухслойного волокна V_c= 2,405 и зависит от профиля показателя преломления.


Радиус сердцевины выбирается исходя из требования малых потерь на микроизгибах и достижения наименьшей дисперсии на заданной длине волны. Однако, с другой стороны, радиус сердцевины желательно иметь как можно больше. Поэтому, исходя из вышеперечисленных предпосылок, выберем радиус сердцевины близким к верхнему пределу:

а = 3,8 мкм.
Рассчитаем нормированную частоту V оптического волокна для однородного двухслойного волокна:

(1.11)



Как показывают результаты теоретического и экспериментального исследований однородных двухслойных оптических волокон, потери на микроизгибах минимальны при V = 2,25 и = 0,003. Поле основной моды одномодовых волокон проникает в оболочку на значительную глубину. Так, при V = 2,25 в однородном ОВ 20% всей мощности переносится в оболочке.

Для предотвращения возмущений поля моды внешним покрытием и соседним ОВ толщина оболочки должна на порядок превышать радиус сердцевины. Так как2а 12 мкм, то диаметр оболочки обычно выбирают таким же, как и у многомодовых ОВ – 125 мкм.

1.6.Расчет затухания оптического волокна

Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенераторами.

На затухание света в волокне влияют следующие факторы: потери на поглощение, потери на рассеяние и кабельные потери.

Потери на поглощение и на рассеяние вместе называют собственными потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют также дополнительными потерями.

Затухание в оптическом волокне – это мера ослабления оптической мощности, распространяемой вдоль оптического волокна между двумя его поперечными сечениями на данной длине волны. Затухание в оптическом волокне выражается в децибелах.

Коэффициент затухания оптического волокна – это величина затухания на единице длины волокна, выражаемая в дБ/км.

Коэффициент затухания оптического волокна обуславливается собственными потерями волокна и выражается в виде:

(1.12)

где , , , - составляющие коэффициента затухания за счет рэлеевского рассеяния, поглощения в материале волокна, инфракрасного поглощения и поглощения на примесях оптического волокна, соответственно.

При правильном выборе материала для оптических волокон и рабочей длины волны, а также строгом контроле процессов изготовления и путем совершенствования конструкции кабеля, потери на нерегулярностях и микроизгибах можно сделать пренебрежимо малыми.

Таким образом, коэффициент затухания в оптическом волокне определяется двумя факторами: рассеянием энергии в окружающее пространство и потерями энергии в материале волокна . В этом случае формула (1.12) принимает следующий вид:

(1.13)

Затухание рассеяния, с одной стороны, обусловлено неоднородностями материала ОВ, размеры которых меньше длины волны, а с другой – тепловыми флуктуациями показателя преломления. Оно принципиально неустранимо и вносит свой вклад в затухание ОВ даже в том случае, когда потери света на поглощение равны нулю.

Составляющую коэффициента затухания ОВ за счет рэлеевского рассеяния можно определить из выражения:

(1.14)

где – показатель преломления сердцевины;

= – постоянная Больцмана;

– коэффициент сжимаемости для кварца;

T = 1500 К – температура затвердевания стекла при вытяжке.

Тогда величина потерь на рассеяние равна:



Потери на релеевское рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих волоконным световодам. Этот предел различен для различных волн и с увеличением длины волны уменьшается.

Затухание за счет поглощения связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой, а также существенно зависит от свойств материала световода и может быть рассчитано по формуле:

(1.15)

где – длина волны, км;

– тангенс угла диэлектрических потерь в световоде ( .

Подставляя соответствующие значения в (1.15), получим:



Величина собственных потерь в оптическом волокне на длине волны = 1,55 мкм определяется по формуле (1.13):

.