Лекции ВОЛС. Лекция Краткий обзор по истории развития оптической связи
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
Ширина полосы пропускания. Многие производители волокна и оптического кабеля не используют в спецификации дисперсию в многомодовых изделиях. Вместо этого они указывают произведение ширины полосы пропускания на длину, или просто полосу пропускания, выраженную в мегагерцах на километры. Полоса пропускания в 400 МГц км означает возможность передачи сигнала в полосе 400 МГц на расстояние 1 км. Это также означает, что произведение максимальной частоты сигнала на длину передачи может быть меньше или равно 400. Другими словами, можно передавать сигнал более низкой частоты на большее расстояние или более высокой частоты на меньшее расстояние, как показано на рис. 2.34.  Рис. 2.34. Зависимость длины передачи от ширины полосы пропускания Рабочая полоса частот (полоса пропускания) ОК определяет число передаваемых по нему каналов связи и лимитируется дисперсией ОВ.  Рис. 2.35. Дисперсия τ и пропускная способность ΔF ОВ различной длины На рис. 2.35 показан характер изменения дисперсии и пропускной способности ОВ в зависимости от длины линии. Снижение из-за дисперсии величины до допустимого значения лимитирует дальность передачи по ОК. Полоса частот и дальность передачи l взаимосвязаны. Соотношение между ними выражается формулами  (для коротких линий в пределах устанавливающегося модового режима) и  (для длинных линий). В этих соотношениях параметры с индексом х — искомые, а без индекса — заданные; lс — длина связи мод. В реальных условиях обычно формируется полоса пропускания на один километр и определяется полоса пропускания на всю линию по формулам: (2.104)Полоса пропускания зависит от расширения импульсов т и определяется соотношением . 2.5.3. Механические параметры оптических волокон К механическим параметрам ОВ относятся: прочность волокна; динамическая прочность на разрыв; параметр нагрузки разрушения; стойкость к изгибам; усилие снятия защитного покрытия. Прочность волокна. Стекло принято считать хрупким. Оконное стекло действительно не гнется. Однако стеклянные волокна можно согнуть в виде окружности небольшого диаметра или завязать в свободный узел, не повреждая их. (Затягивание тугого узла может повредить волокно.) Предел прочности характеризует способность волокна противостоять натяжению или изгибу без повреждения. Предел прочности волокна на разрыв превосходит ту же величину для стальной нити идентичного размера. Более того, медный проводник должен иметь вдвое больший диаметр, чтобы обеспечить тот же предел точности, что и волокно. Основная причина, обусловливающая хрупкость волокна, это наличие микротрещин на поверхности и дефектов внутри волокна. При этом поверхностные трещины более существенны. Поверхностные дефекты могут возрастать под воздействием растягивающей нагрузки, возникающей во время прокладки кабеля. Температурные изменения, механические и химические воздействия, обычное старение также приводят к появлению дефектов. Расширяющиеся дефекты приводят к случайному обрыву волокна. Для разрезания стекла делается узкая царапина на его поверхности. Затем, в результате резкого надлома, стекло трескается вдоль царапины. Аналогичный процесс происходит в волокне. Скрытые дефекты действуют аналогично царапине на поверхности стекла. Как только к волокну прикладывается достаточно сильное растягивающее напряжение, дефекты растут внутри волокна до тех пор, пока оно не разрывается. Динамическая прочность на разрыв. Динамическая прочность ОВ на разрыв — это определенное значение интенсивности нагрузки на растяжение или сжимание, которой подвергается вся длина волокна в его осевом направлении на протяжении определенного кратковременного периода [20]. Величина динамической прочности на разрыв ОВ составляет обычно величину более чем 38 ГПа для образцов, не подвергшихся старению, длиной 0,5 м. Параметр нагрузки разрушения. Параметр нагрузки разрушения — это безразмерный коэффициент, эмпирически связанный с зависимостью распространения разрушения (трещины) ОВ от приложенной нагрузки [20). Величина параметра нагрузки разрушения зовисит от окружающей температуры, влажности и других условий. Статистические и динамические значения параметров нагрузки разрушения обычно задаются в технической документации на ОВ. Статические значения параметра нагрузки разрушения (пс) — это отрицательная крутизна графика зависимости времени наработки ОВ на отказ через статическую усталость в зависимости от приложенной нагрузки в двойном логарифмическом масштабе. Динамическое значение параметра нагрузки разрушения (пд) — это такая величина, которая показывает, что значение 1/(пд+1) есть крутизна графика динамической усталости в двойном логарифмическом масштабе в зависимости от скорости изменения напряжения в волокне, обусловленного приложенной нагрузкой. Значение параметра динамической усталости пд определяется методом испытания динамической усталости. Параметры пс и пд обычно указываются в технической документации на ОВ и, как пpaвило, их величина больше 20. Стойкость к изгибам. Несмотря на то, что волокно может быть согнуто в окружность, оно имеет минимальный радиус изгиба. Достаточно резкий изгиб может разорвать волокна. Изгибы также приводят к двум другим эффектам. 1. Слегка увеличивается затухание. Этот эффект должен быть интуитивно понятен. Изгибы изменяют углы падения и отражения света внутри волокна настолько, что часть его, заключенная в модах высокого порядка, может покидать волокно (подобно случаю с микроизгибами). 2. Уменьшается предел прочности волокна на разрыв. Если растяжение сопровождается изгибом волокна, оно может разорваться при меньшем значении растягивающей нагрузки, чем в случае выпрямленного волокна. Согласно спецификации на ОВ некоторых фирм минимальный радиус кривизны равен пяти диаметрам кабеля при отсутствии растягивающих напряжений и 10 диаметрам кабеля при их наличии. Усилие снятия защитного покрытия. Этот параметр характеризует усилие, которое необходимо приложить для удаления покрытия с волокна, не подвергая последнее чрезмерному механическому напряжению, которое может привести к его разрыву. Как правило, усилие снятия защитного покрытия ОВ составляет величину, находящуюся в пределе от 1,3 Н до 9 Н. 3. Оптические волокна и кабели. Классификация, характеристики и материалы 3.1. Многомодовые и одномодовые оптические волокна из кварцевого стекла В середине 70-х годов двадцатого века после серии успешных экспериментов фирмой Corning (США) была разработана технология получения оптического волокна с потерями 4 дБ/км. Это было многомодовое оптическое волокно с диаметром сердцевины 50 мкм, рассчитанное на работу в диапазоне длин волн 0,82 … 0,87 мкм. На его основе были созданы первые промышленные волоконно-оптические кабели, которые в ограниченном объеме начали применяться для решения специализированных связистских задач. Какое-то время казалось, что эта ситуация продлится достаточно долго и, что до широкого применения волоконной оптики в связи пройдет не один десяток лет. Однако уже в начале 80-х годов большая потребность в каналах связи заставила связистов обратить внимание на уникальные возможности волоконной оптики. Целый ряд компаний США, Японии, Германии и других стран выделили значительные средства на развитие волоконной оптики. В результате этого были разработаны и созданы новые технологии и типы оптических волокон и кабелей различного назначения. Согласно ГОСТ 26793-85 «Компоненты ВОСПИ. Система условных обозначений» все ОВ подразделяются на группы — по типу распространяющегося излучения, на подгруппы-по типу профиля показателя преломления и на виды — по материалу сердечника и оболочки. Различают следующие группы ОВ: многомодовое (М), одномодовое без сохранения, поляризации излучения (Е) и одномодовое с сохранением поляризации излучения (П). Группа многомодовых ОВ делится на две подгруппы: со ступенчатым (С) и градиентным (Г) профилями показателя преломления. В зависимости от материалов сердцевины и оболочки ОВ подразделяются на следующие виды: 1 — сердцевина и оболочка кварцевые; 2 — сердцевина кварцевая, оболочка полимерная; 3 — сердцевина и оболочка из многокомпонентного стекла; 4 — сердцевина и оболочка из полимерного материала;5-прочие. Международная система классификации оптических волокон основана на Рекомендациях ITU-Т G.650 и публикации IEC №793 [1,2]. Так, согласно рекомендациям IEC предусмотрены два класса ОВ: А и В, к которым соответственно относятся многомодовые и одномодовые волокна. При этом категория многомодовых ОВ определяется материалом сердцевины и оболочки, а также профилем показателя преломления, а категория одномодовых волокон определяется центральной длиной волны и длиной волны нулевой дисперсии (табл. 3.1). Таблица 3.1. Категории оптического волокна
|