Шашков В.А. ИСТ-21 лр 1. Лабораторная работа 1 по дисциплине Направляющие среды электросвязи Выполнил Шашков В. А. Группа ист21
 Скачать 359.98 Kb.
|
|
Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики Межрегиональный учебный центр переподготовки специалистов Лабораторная работа №1по дисциплине: «Направляющие среды электросвязи»Выполнил: Шашков В.А. Группа: ИСТ-21 Вариант: Проверил(а): г. Новосибирск 2022 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является проведение компьютерного эксперимента по исследованию собственных и дополнительных затуханий в оптических кабелях связи: - собственных затуханий; - затуханий в местах соединений оптических волокон; - затуханий на микроизгибах и макроизгибах; 2. ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 2.1 Расчет и построение таблицы зависимости затухания из-за поглощения энергии в материале от длинны волны. 2.2 Моделирование и построение графика зависимости затухание из-за Релеевского рассеяния от длинны волны. 2.3 Компьютерное моделирование и построение графика зависимости затухания от длинны волны в инфракрасной области. 2.4 Моделирование и построение графика зависимости затуханий из-за различия числовых апертур. 2.5 Расчет затухания из-за различия диаметров сердцевины оптического волокна. 2.6 Компьютерное моделирование затухания из-за углового смешения сердцевины оптического волокна. 2.7 Моделирование затуханий из-за осевого смещения оптических волокон. 2.8 Расчет затуханий из-за радиального смешения оптических волокон. 2.9 Компьютерное моделирование затуханий на микроизгибах оптического волокна. 2.10 Моделирование затуханий на макроизгибах градиентного оптического волокна. 3. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ И МОДЕЛИРОВАНИЯ В общем виде затухание оптического сигнала определяется соотношением:  , [дБ],(1)где  - вносимое затухание, зависимое от длины волны  ; - мощности оптического сигнала соответственно на выходе и входе оптического волокна (или его отрезка), выраженные в Вт, mВт или Вт.Собственные затухания поглощения в оптическом волокне вычисляются по формуле:  (2)где - n1 показатель преломления материала сердцевины;  - тангенс угла диэлектрических потерь; - длина волны, км.Суммарные потери на Рэлеевское рассеяние зависят от длины волны волны по закону -4 и количественно могут быть оценены по формуле , дБ/км, (4)где с и k – постоянные коэффициенты (для кварца k=(0,7  0,9)10-6 м., с=0,9).Потери мощности оптического сигнала из-за различия числовых апертур соединяемых ОВ происходят в том случае, если числовая апертура передающего ОВ больше числовой апертуры принимающего. Эти потери вычисляются по следующей формуле  (5)При NAперед Когда диаметр сердцевины передающего ОВ больше диаметра сердцевины принимающего, имеют место потери, так как часть оптической мощности распространяется в оболочке принимающего ОВ. Эти потери определяются по формуле:  (6)При Dперед. < Dприним. потери не возникают. Потери при угловом  , радиальном L и осевом S смещениях определяются соответственно формулами (7) (8) (9)NA – апертура волокна; D – диаметр светонесущей части волокна; L – радиальное смещение; S – осевое смещение; n0 – показатель преломления среды, заполняющей пространство стыка. Дополнительные потери из-за микроизгибов микро. обусловлены связью мод в местах деформаций ОВ, зависят от статистики этих хаотически распределенных деформаций по длине ОВ и оцениваются по формуле, дБ,  (10)где h — высота (радиус) микроизгиба; а — радиус сердцевины ОВ; 2b — диаметр ОВ по оболочке; N — число микроизгибов. Для расчетов принимаем N =1 Оценить дополнительные потери за счет макроизгибов градиентного волокна можно по формуле  (11)4. РеЗУЛЬТАТЫ ДОПУСКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ  5. результаты расчетов и моделирований Задача №1 Вычислить собственное затухание оптического волокна из-за поглощения энергии в материале при следующих исходных данных: n1=1,4675 (2) Рис. 1 Семейство кривых зависимостей собственных затуханий из-за поглощения от длинны волны. Вывод: согласно графика видно, чем меньше длина волны, тем больше собственное затухание оптического волокна, так же существенно зависит от свойств материала оптического волокна tg(δ) Задача №2 Вычислить собственное затухание оптического волокна из-за Релеевского рассеяния в материале при следующих исходных данных: Кр=0,8 [мкм4хдБ/км] , дБ/км, (4) Рис. 2 Кривая зависимости собственных затуханий из-за Релеевского затухания от длинны волны. Вывод: На затухание из-за Релеевского рассеяния зависят от: - показателя преломления сердцевины, температуры затвердевания стекла, коэффициента сжижаемости стекла. - с ростом длины волны снижается. Задача №3 Вычислить собственное затухание оптического волокна в инфракрасном диапазоне при следующих исходных данных: С=0,9 дБ/км  , дБ/км (3)где с и k – постоянные коэффициенты (для кварца k=(0,7 0,9)10-6 м., с=0,9). Рис. 3 Кривые зависимости собственных затуханий в инфракрасном диапазоне от длинны волны. Вывод: Потери в инфракрасной области растут с ростом длины волны. Задача №4 Вычислить дополнительное затухание оптического волокна из-за различия числовых апертур соединяемых ОВ при следующих исходных данных: NAперед = 0,20  Рис. 4 Зависимость дополнительных затуханий от различия числовых апертур. Вывод: При  апертурные потери не возникают. Задача №5 Вычислить дополнительное затухание оптического волокна из-за различия диаметров сердцевин соединяемых ОВ при следующих исходных данных: Dперед = 10 мкм (6) Рис. 5 Зависимости дополнительных затуханий от различия апертур. Вывод: При  происходят потери на соединении из-за разницы диаметров и при увеличении этой разницы происходит рост потерь.Задача №6 Вычислить дополнительное затухание оптического волокна из-за углового смещения соединяемых ОВ при следующих исходных данных:  Рис. 6 Зависимости дополнительных затуханий от углового смещения соединяемых ОВ Вывод: На потери из-за углового смещения влияет числовая апертура световода (чем больше NA, тем меньше вносимые затухания) и от угла отклонения от оси (чем больше угол, тем больше вносимое затухание). Задача №7 Вычислить дополнительное затухание оптического волокна из-за радиального смещения соединяемых ОВ при следующих исходных данных: (8) Рис. 7 Зависимости дополнительных затуханий от радиального смещения соединяемых ОВ Вывод: Потери из-за радиального смещения зависят от величины смещения (чем больше смещение, тем больше вносимые потери) и от величины диаметра сердцевины (чем больше диаметр, тем меньше вносимые затухания при радиальном смещении). Задача №8 Вычислить дополнительное затухание оптического волокна из-за осевого смещения соединяемых ОВ при следующих исходных данных: D = 10 мкм (9)Где, n0 =1 – показатель преломления среды, заполняющей пространство стыка.  Рис. 8 Зависимости дополнительных затуханий от осевого смещения соединяемых ОВ. Вывод: С ростом осевого смещения растет вносимое затухание при прочих равных условиях (диаметр сердцевины, числовая апертура, коэффициента преломления среды, заполняющей пространство стыка). Задача №9 Вычислить дополнительное затухание оптического волокна из-за микроизгибов при следующих исходных данных: 2b = 125 мкм; N=1 (10)где h — высота (радиус) микроизгиба; а — радиус сердцевины ОВ; 2b — диа-метр ОВ по оболочке; N — число микроизгибов. Для расчетов принимаем N =1  Рис. 9 Зависимости дополнительных затуханий от радиуса микроизгибов. Вывод: Потери, возникающие на микроизгибах ростом высоты микроизгиба, увеличиваются при прочих равных условиях (радиус сердцевины, диаметр ОВ по оболочке, нормированной разности показателей преломления и числа микроизгибов). Задача №10 Вычислить дополнительное затухание градиентного оптического волокна из-за макроизгибов при следующих исходных данных:n1 = 1,4675n2 = 1,4665U=2 (11) Рис. 11 Зависимости дополнительных затуханий от радиуса макроизгибов. Вывод: Потери на макроизгибах с ростом радиуса изгиба уменьшаются, с ростом длины волны возрастают. |