4 Расчет параметров оптического волокна. 4 Расчет параметров оптического волокна 1 Расчет волновых параметров оптического волокна
 Скачать 103.5 Kb.
|
 4 Расчет параметров оптического волокна 4.1 Расчет волновых параметров оптического волокна Заданные города, между которыми необходимо проложить ВОЛП относятся к узлам транспортной сети. Как правило, для соединения узлов транспортной сети используют одномодовые волоконно-оптические кабели. Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки (категориями грунта, наличием переходов через водные преграды и т. д.). Учитывая, что оптическое волокно чувствительно к сильным электромагнитным полям, рекомендуется ОК прокладывать в некотором отдалении от ЛЭП. Если условия позволяют, желательно выбирать кабель, не содержащий металлических элементов. Выбор типа кабеля можно произвести, исходя из расстояний между узлами. В данном проекте для организации магистральной сети следует выбирать рабочую длину волны 1,55мкм; потери в ОВ при этом малы (около 0,22 дБ/км), что позволяет организовывать связь на значительные расстояния (порядка 100 км.). Применяя оптические усилители, можно увеличивать дальность связи до 150 км и более; однако, при этом уже сказываются (особенно при скоростях 2,5 Гбит/с и более) дисперсионные искажения. Простейшее ОВ представляет собой круглый диэлектрический (стекло или прозрачный полимер) стержень, называемый сердцевиной, окружённый диэлектрической оболочкой. Показатель преломления материала сердцевины  всегда больше показателя преломления оболочки  , где  и  — относительные диэлектрические проницаемости сердцевины и оболочки соответственно. Относительная магнитная проницаемость обычно постоянна и равна единице.Показатель преломления оболочки обычно постоянен, а показатель преломления сердцевины в общем случае является функцией поперечной координаты. Эту функцию называют профилем показателя преломления . Для передачи сигналов по 0В используется известное явление полного внутреннего отражения на границе раздела двух диэлектрических сред (  ),при этом угол полного внутреннего отражения.  (4.1)С другой стороны, величина угла полного внутреннего отражения зависит от соотношения диаметра сердцевины  и длины волны  . (4.2)откуда  (4.3)Таким образом, по 0В будут эффективно передаваться только лучи, заключённые внутри телесного угла  , величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения  . Этот телесный угол характеризуется числовой апертурой  . (4.4)или при вводе луча из воздуха  = 1, числовая апертура определяется: . (4.5)где n1 и n2 - показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно. Соотношение между n1 и n2принято характеризовать разностью показателей преломления  . (4.6)Одним из важнейших обобщающих параметров, используемых для оценки свойств ОВ, который связывает его структурные параметры и длину световой волны, распространяемой в волокне является нормированная частота:  (4.7)Одномодовый режим реализуется если нормированная частота V  2,405.Исходя из технического задания имеем n1=1,475,  =0,002. Преобразовав формулу (4.6) найдем n2 : . (4.8)Подставляя исходные данные в формулу (4.8) получаем:  .Подставив полученный результат в формулу (4.5) получаем:  .Нормированную частоту определим из формулы (4.7):  .Таким образом в данном волоконно-оптическом кабеле будет реализован одномодовый режим. 4.3 Расчет затухания оптического кабеля Ослабление сигнала в ОВ обусловлено собственными потерями и дополнительными потерями ак, обусловленными неоднородностями конструктивных параметров, возникающих при деформации и изгибе световодов в процессе наложения покрытий и защитных оболочек при изготовлении кабеля. Коэффициент затухания: α = αс + αк . (4.9) Кабельные потери в расчетах учитывать не будем так как их величина очень мала. Собственные потери αс состоят из трёх составляющих; ослабления за счет поглощения αп, ослабления за счет наличия в материале ОВ посторонних примесей αпр, ослабления за счет потерь на рассеяние αр. Отсюда αс = αп + αпр + αр. (4.10) Ослабление за счёт поглощения αп линейно растёт с частотой и связано с потерями на диэлектрическую поляризацию. Фактически эти потери обусловлены комплексным характером показателя преломления сердцевины, который связан с тангенсом угла диэлектрических потерь световода. Эти потери составляют tgδ=10-12 При современном уровне технологии изготовления ОВ коэффициент преломления очень мал.  , (4.11)где n – коэффициент преломления сердцевины, n= 1,475, λ – длина волны излучателя, λ = 1,5510-9 м. Подставляя данные в формулу (4.11) получим:  , дБ/км.Потери энергии также существенно возрастают из-за наличия в материале ОВ посторонних примесей таких как гидроксильные группы (ОН), ионы металлов и др. Из-за примесей возникают всплески ослабления на волнах 0,95 и 1,4 мкм. При этом наблюдаются три окна прозрачности световода с малыми ослаблениями в диапазонах волн 0,8-0,9, 1,2-1,3, 1,5-1,6 мкм. Так как длина волны равна 1,55мкм (третье окно прозрачности) значит αпр можно пренебречь αпр= 0 дБ/км. Рассеяние обусловлено неоднородностями электрических параметров материала ОВ, примесями, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления, который находится в пределах от 0,6 до 1,5.  , (4.12)Примем κр=0,8(  )где =1,55 мкмПодставим значения известных величин в выражение (4.12)  , дБ/км.Подставляя рассчитанные значения из формул (4.11), (4.12) в формулу (4.10) получим:  , дБ/км.Тогда α =0,166 дБ/км. 4.4 Расчет дисперсии оптического кабеля В предельном идеализированном варианте по ОВ возможна организация огромного числа каналов на большие расстояния, а фактически полоса передаваемых частот ограничена. Это обусловлено тем, что сигнал на приёмный конец приходит размытым вследствие различия скоростей распространения в световоде отдельных его составляющих. Данное явление носит название дисперсии и оценивается величиной уширения передаваемых импульсов. Полоса частот определяется по формуле: ΔF=1/τи , (4.13) Пропускная способность ОК зависит от типа и свойств 0В (одномодовые или многомодовые, градиентные или ступенчатые), а также от типа излучателя (лазер или светоизлучающий диод). Сравнивая дисперсионные характеристики различных ОВ, можно отметить, что лучшими данными обладают одномодовые световоды, так как в них отсутствует модовая дисперсия. Причинами дисперсии является некогерентность источников излучения, определяемая хроматической дисперсией. В свою очередь хроматическая дисперсия делится на материальную (возникает вследствие частотной зависимости показателя преломления материала сердцевины) и волноводную (связана с частотной зависимостью продольного коэффициента). Еще одной причиной дисперсии является наличие большого числа мод. Но так как в нашем случае используется одномодовое волокно, то модовая дисперсия много меньше других составляющих дисперсии, поэтому ею можно пренебречь тогда:  , (4.14)где τмод=0 (одномодовый режим передачи), τмат=Δλ*М(λ), (4.15) τв= Δλ*В(λ), (4.16)  , (4.17)где Δλ-ширина спектральной линии источника излучения, Δλ = 1 нм,  - коэффициент удельной материальной дисперсии. , - коэффициент удельной волноводной дисперсии. , - коэффициент удельной профильной дисперсии, пс/(км*нм).Подставляя данные значения в формулу (4.14 ) получим,  пс/км. |