Таблица 2.3 - Оптические характеристики кабеля
Название характеристики
|
Значение
|
Диаметр пятна модового поля (1310 нм), мкм
|
9,3±0,8
|
Диаметр пятна модового поля (1550 нм), мкм
|
10,5±1,5
|
Диаметр волокна с покрытием, мкм
|
125±2
|
Погрешность концентричности пятна модового поля, мкм
|
1
|
Некруглость покрытия, %
|
2,5
|
Профиль коэффициента преломления
|
N1 шаговой
|
Показатель преломления сердцевины для (1310 нм)
|
1,4675
|
Показатель преломления сердцевины для (1550 нм)
|
1,4681
|
Числовая апертура
|
0,13
|
Критическая длина волны волоконного кабеля, нм
|
1250
|
Затухание при 1310 нм, дБ/км
|
0,38
|
Затухание при 1550 нм, дБ/км
|
0,22
|
Удельная дисперсия в диапазоне длин волн 1285-1330 нм, пс/(нмкм)
|
3,5
|
Удельная лисперсия при длине волны 1550 нм, пс/(нмкм)
|
18
|
Рисунок 2.2 – Конструкция оптического кабеля A-DF-2Y 3х4 E 9/125
3. Расчет параметров системы передачи и разработка схемы организации связи
3.1 Расчет параметров оптического волокна
Мы выбираем одномодовые волокна со ступенчатым профилем показателя преломоения (ППП). Для того, чтобы в таком световоде существовал одномодовый режим, необходимо, чтобы нормированная частота (рабочая частота) V была меньше или равна 2,405. Величина V определяется по формуле:
 (3.1)
где: d - диаметр сердечника световода, мкм;
- длина волны излучения, мкм;
NA- числовая апертура волоконного световода;
= 3,14.
Числовая апертура NA является важнейшей характеристикой световода, представляющей собой синус максимального угла падения лучей на торец световода, при котором в световоде луч на границу «сердцевина-оболочка» падает под критическим углом кр. Ее физический смысл состоит в том, что она показывает конус лучей, ось которого лежит на оси световода. Все лучи падающие на торец световода, лежащие в пределах этого конуса, будут распространяться по световоду. Числовую апертуру можно найти следующим образом:
 (3.2)
где nо- показатель преломления среды внешней по отношению к световоду;
 - апертурный угол световода;
 , (3.3)
где n1- показатель преломления материала сердечника;
кр- критический угол падения луча на торец световода, рад.
Учитывая, что  , получим:
 (3.4)
где n2- показатель преломления материала оболочки;
 - относительная разность показателей преломления сердцевины и
оболочки.
 (3.5)
Согласно рекомендациям ITU-T для одномодовых волокон, величина = 0,0036, а значение NA должно лежать в пределах от 0,1 до 0,12. Наиболее распространенным показателем преломления сердцевины при изготовлении одномодовых волокон является показатель со значением n1=1,468.
Определим числовую апертуру световода по формуле (3.4).
В одномодовом волокне диаметр жилы составляет порядка 8-10мкм, наиболее часто встречающийся диаметр равен 10 мкм.
Определим значение нормированной частоты по формуле (3.1), при =1,55мкм.
Таким образом в волоконно-оптическом световоде со ступенчатым ППП и параметрами: n1=1,468, =0,0036, NА=0,12, диаметром сердцевины а=10 мкм, диаметром оболочки в=125 мкм и рабочей длине волны =1,55 мкм будет существовать одномодовый режим.
Для одномодовой передачи рассчитаем критическую частоту (частоту отсечки) волоконного световода, при которой нарушаются условия одномодовости режима работы световода (максимальная частота).
   (3.6)
где Рnm- коэффициент одномодовой передачи, Рnm=2,405.
с - скорость света в вакууме, с =3·108 м/с=3·105 км/с.
Критическая (минимальная) длина волны при этом будет равна:
0= (3.7)
0=
Чем меньше разность показателей преломления сердцевины и оболочки , тем при большем радиусе световода обеспечивается одномодовый режим передачи. Однако, значительное уменьшение трудно осуществить.
Затухание световодных трактов оптических кабелей α обусловлено собственными потерями в волоконных световодах αс и дополнительными потерями, так называемыми кабельными αк, обусловленными скруткой, а также деформацией и изгибами световодов при наложении покрытия и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля.
Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения αп и потерь рассеяния αр.
Потери энергии на полощение связаны с потерями на диэлектрическую поляризацию и существенно зависят от свойств материала световода (tg δ) и рассчитываются по формуле:
 (3.8)
где n1= - показатель преломления сердцевины;
tg δ- тангенс угла диэлектрических потерь в световоде, tg δ=2·10-11;
- длина волны излучения, м.
 =0,00035 дБ/м=0,35 дБ/км
Потери энергии на рассеяние обусловлены неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления. Величина потерь на рассеяние, называемое релеевским, определяется по формуле:
αр=Кр/λ4 (3.9)
где Кр- коэффициент рассеяния, для кварца Кр=0,8 мкм4·дБ/км;
- длина волны излучения, мкм.
αр=0,8/1,554=0,13 дБ/км
Общие потери составляют:
α= αр+ αп (3.10)
α=0,35+0,13=0,48 дБ/км
При >2 мкм начинают проявляться потери на поглощение передаваемой мощности. Это явление проявляется с ростом длин волн и углублением в инфракрасную область оптпческого спектра. Величина этих потерь αик пропорциональна показательной функции и увеличивается с ростом частоты по закону:
αик=С·е-к/ (3.11)
где С и к- постоянные коэффициенты, для кварца С=0,5-1,0, к=(0,7--0,9)·10-6 м.
При =2 мкм потери равны:
αик=0,9·е-0,8ּ10-6/2ּ10-6=0,6 дБ/км
При выборе параметров одномодового световода необходимо также учитывать потери из-за появления микроизгибов, появляющихся при сборке световодов в кабель. На основании выполненных исследований установлено, что эти потери минимальны при V=2, и =0,002.
Другим важнейшим параметром оптического волокна является дисперсия. Дисперсия - это зависимость групповой скорости распространения излучения от параметров излучения т.е. явление уширения импульса при распространении по световоду. Различают три вида дисперсии: модовая, материальная и волноводная. Модовая дисперсия возникает при распространении в световоде нескольких мод. В одномодовых световодах модовая дисперсия отсутствует. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления материала сердечника от длины волны (от частоты). Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны, т.к. источник излучения излучает не строго одну длину волны , а некоторый спектр волн, который характеризуется значением спектральной ширины источника .
Материальная дисперсия определяется по следующей формуле:
МАТ = М, (3.12)
где М- удельная материальная дисперсия, для плавленого кварца
М=0,3098 нс/(нмкм);
- спектральная ширина лазера, = 0,5 нм;
МАТ  нс/км
Волноводная дисперсия для ступенчатого световода определяется по формуле:
 (3.13)
 с/км=0,017 нс/км
Суммарная дисперсия для одномодового световода является суммой материальной и волноводной дисперсий.
Найдем суммарную дисперсию по формуле:
 (3.14)
 нс/км
Дисперсия ограничивает пропускную способность (ширину полосы пропускания) световода F. Это ограничение тем сильней, чем длинней линия. F- это величина, обратная к величине уширения импульса при прохождении по оптическому волокну расстояния в 1км.
 (3.15)
 =5,817 ГГцкм
В результате проведенных расчетов останавливаем свой выбор на оптическом кабеле из одномодовых волокон.
|
Скачать 188.27 Kb.