18142

Ввод излучения в световод различными композициями линз. Потери излучения при соединении световодов

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 8. Ввод излучения в световод различными композициями линз. Потери излучения при соединении световодов. Расчет длины регенерационного участка. Схема использования двух сферических линз для ввода излучения в световод показана на рисуснке 8.1. Рис. 8.1. Схема ис...

Русский

2013-07-06

346.36 KB

16 чел.

Лекция 8.

Ввод излучения в световод различными композициями линз. Потери излучения при соединении световодов.

Расчет длины регенерационного участка.

Схема использования двух сферических линз для ввода излучения в световод показана на рисуснке 8.1.

Рис. 8.1. Схема использования сферических линз:

1- лазер; 2- сферическая линза 1; 3 - сферическая линза 2; 4 – световод.

Схемы применения комбинации линз для ввода излучения в световод показаны на рис.8.2.

а)

б)

в)

г)

д)

Рис.8.2. Применение комбинаций линз для ввода излучения

1 - источник излучения; 2 - градиентная линза или селфок;

3 - сферическая микролинза; 4 – селфок; 5 - одномодовый световод.

Потери в устройстве ввода во многом зависят от децентрировки приемного торца световода 5.

Допустимая величина децентрировки для одномодового световода определяется соотношениями:

    (8.1)

    (8.2)

Допустимые значения децентрировок и возможные потери для представленных схем приведены в таблице 8.1

Таблица 8.1.

Тип

Потери, дБ

Децентрировка, мкм

Перекосы, угл. мин.

Сдвиг вдоль оси, мкм

а

4,5

-

-

-

б

3,6

-

-

-

в

4,1

9,8

1

700

г

5,2

12,5

1,2

800

д

3

10,7

1,1

1000

Изменение конструкции торца световода

Изменение конструкции торца световода производится методом фотолитографии. Сферическая или близкая к ней поверхность  изготавливается на плоском торце одномодового световода.

Технология получения таких элементов следующая. После удаления защитного покрытия торец одномодового световода протравливают в кислоте. Затем протравленный участок помещают в фокус лазера с импульсной мощностью 25 Вт. Под действием поглощенного  излучения, торец оплавляется и под действием поверхностного натяжения образуется линза.

Потери излучения при соединении световодов

Потери при соединении световодов нормируются и  составляют:

  1.  для разъемных соединений:
  2.  в спектральном диапазоне  Δλ =1,1 - 1,35 мкм потери составляют П≤0,36 дБ;
  3.  в спектральном диапазоне  Δλ=1,5 - 1,85 мкм потери составляют П≤0,22 дБ
  4.  для неразъемных соединений потери составляют П≤0,1 дБ.

При соединении световодов возникает ряд погрешностей, сущность которых поясняют следующие рисунки:

  1.  несоответствие диаметров световодов (рис.8.3)

Рис.8.3. Случаи несоответствия диаметров световодов

15%

0

8 ДБ

0,3

0,1

D1/D2

Зависимость потерь от соотношения D1/D2 показана на рис.8.4.

Рис. 8.4. Зависимость потерь от соотношения диаметров

  1.  шероховатость поверхностей торцов световода.

График зависимости величины потерь излучения от шероховатости торцов при соединении световодов  показан на рис.8.5.

Рис. 8.5. Зависимость величины потерь излучения

от шероховатости торцов световодов

  1.  поперечное деформирование световодов:
  2.  для многомодового световода потери на децентрировку определяются следующим соотношением

, дБ       (8.3)

где:

–  величина поперечной децентрировки;

– диаметр сердцевины многомодового световода.

Величину   необходимо определять в радианах.

  1.  для одномодового световода потери на децентрировку определяются соотношением:

, дБ             (8.4)

где:

– эффективный диаметр световода.

  1.  потери при осевом рассогласовании для одномодовых световодов характеризуются рисунком 8.6.

Рис. 8.6. Характеристики потерь при осевом

рассогласовании для одномодовых световодов

Зависимость потерь осевого рассогласования для одномодового световода определяется соотношением:

, дБ    (8.5)

где:

– расстояние между торцами световодов в мкм;

NA – числовая апертура световода;

– эффективный диаметр световода.

  1.  потери вследствие углового рассогласования.

Угловое рассогласование световодов показано на рис.8.7.

Рис.8.7. Угловое рассогласование световодов

  1.  для многомодового световода потери вследствие углового рассогласования определятся соотношением:

 при     (8.6)

где:

– показатель преломления среды, в которой находится световод;

– относительное изменение профиля показателя преломления;

– угол между осями световодов в радианах.

  1.  для одномодового световода потери вследствие углового рассогласования определятся соотношением:

   (8.7)

где:

– длина волны излучения, распространяемого в световоде;

θ - угол, под которым расположены торцы световодов.

  1.  потери вследствие сколов торцов световодов.

На рисунке 8.8 показан график зависимости потерь излучения вследствие сколов торцов световодов.

Рис.8.8. График зависимости потерь излучения вследствие

сколов торцов световодов.

Расчет длины регенерационного участка

Регенерационный участок (РУ) – это расстояние между двумя ретрансляторами оптического сигнала.

Длину РУ ограничивает один из двух факторов –  затухание или дисперсия. При определении длины РУ необходимо на первом этапе найти максимально допустимое расстояние (ограниченное затуханием световодного тракта), на которое можно передать сигнал, а затем его восстановить. Вторым этапом определяют пропускную способность оптического кабеля и находят длину трассы, на которую еще возможно передавать оптические сигналы с заданной скоростью.

В многомодовых световодах длина РУ обычно ограничивается дисперсией, а в одномодовых световодах – затуханием.

Для определения длины РУ, лимитированного затуханием, можно воспользоваться соотношением:

, км       (8.8)

где:

Э – энергетический потенциал системы передачи сигнала, дБ;

С – энергетический запас системы, дБ;

Аа – дополнительные потери в пассивных компонентах ВОЛС (в устройствах ввода/вывода), дБ;

αк – коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км;

αс - потери в неразъемном соединении, дБ;

сд - строительная длина оптического кабеля, км.

Энергетический потенциал системы передачи (Э) определяет максимально допустимое затухание оптического сигнала в оптическом кабеле, в разъемных и неразъемных соединениях на участке регенерации, а также другие потери в узлах аппаратуры. Он определяется как разность между уровнем мощности оптического сигнала, введенного в световод, и уровнем мощности на входе приемного устройства. При этом должно выполняться требование по соблюдению необходимого соотношения сигнал/шум на входе фотоприемного устройства.

Величина энергетического потенциала зависит от скорости передачи, технического уровня элементов электрооптических и оптоэлектронных преобразователей, длины волны используемого источника излучения и других факторов. В таблице 8.2 приведены справочные данные энергетического потенциала некоторых российских систем.

Таблица 8.2

Система

Длина волны, мкм

Скорость передачи, Мбит/с

Число каналов

Энергетический потенциал, дБ

ИКМ 480-5

1,3

34,368

480

38

Сопка-3М

1,55

34,368

480

38

Сопка-5

1,55

668,4672

7680

25

Энергетический запас системы (С) обычно составляет 6 дБ (6 - 10 дБ). Он необходим для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и оптического кабеля, компенсации дополнительных потерь при ремонте оптического кабеля (потери на стыках кабельных вставок) и других отклонений параметров участка в процессе эксплуатации.

Дополнительные потери в пассивных компонентах ВОЛС (Аа) составляют порядка 3 - 5 дБ и возникают за счет разъемных соединителей, устройств соединения линейного кабеля со станционным и т.д.

Строительная длина оптического кабеля ℓсд  составляет порядка 60-70 км.

 

Определение длины РУ при ограничении дисперсией

Длина РУ ограничивается также пропускной способностью оптического кабеля. Пропускная способность ΔF является одним из основных параметров ВОЛС, так как она определяет полосу частот передаваемого сигнала и соответственно объем передаваемой информации.

Пропускная способность оптического кабеля существенно зависит от используемых в них типов оптических волокон (одномодовые, многомодовые-ступенчатые, градиентные), которые могут иметь различные дисперсионные параметры.

Дисперсионные искажения существенно зависят от длины оптического волокна, поэтому величина ΔF нормируется на один километр оптического кабеля. Так, если на километровой длине оптического волокна происходит уширение импульса на τ=10 нс, то его пропускная способность ΔF ограничена 44 Мгц (при гауссовской форме импульса).

Для того чтобы оценить способность какого-либо участка ВОЛС (ℓx) передавать информацию с определенной шириной полосы частот при известной нормированной полосе пропускания оптического кабеля на один километр (ΔF1), для коротких линий, меньших, чем длина установившегося режима (ℓx < ℓс), используют выражение:

     (8.9)

Для линий, больших, чем длина установившегося режима (ℓx < ℓс), используют выражение:

    (8.10)

Для ступенчатого многомодового волокна длина линии составляет 5-7 км, для градиентного волокна – 10-15 км, для одномодовых волокон – 25-30 км.

На рисунке 8.9 показан график зависимости дисперсии и пропускной способности от длины линии.

Рис.8.9. График зависимости дисперсии и пропускной

способности от длины линии


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

56353. Використання новітніх технологій під час викладання української мови та літератури 35 KB
  Використання інформаційних технологій на заняттях української мови та літератури може відбуватися різними способами це залежить від низки факторів найважливішими з яких вважаємо такі: потреби конкретного заняття рівня володіння різними програмами та наявністю сертифікованих програм у системі освіти.
56354. Творчество Ибсена 18.96 KB
  дна из важнейших проблем, поставленных в творчестве Ибсена - проблема противоречия между нравственностью и человеколюбием. На самом деле это одно из самых важнейших противоречий христианства, а также вообще той морали, которая была свойственна европейскому обществу в 19 веке, да и сейчас
56355. Технологія приготування гарячих напоїв. Правила техніки безпеки в побуті 49.5 KB
  Мета: Розширити знання й навички приготування гарячих напоїв; розвивати художній естетичний смак під час оформлення готових страв, сервіруванню столу; виховувати свідоме виконання правил техніки безпеки на кухні.
56358. Техника безопасности на уроках физкультуры 227.5 KB
  Техника безопасности на уроках физической культуры Основы техники безопасности на уроках физической культуры Профилактика травматизма как основное направление техники безопасности на уроках физической культуры Младший школьный возраст и меры профилактики травматизма на уроках физической культуры.
56359. Правила безопасности на уроках физической культуры 100 KB
  Она должна включать две части упражнений: общеподготовительную медленный бег 23 мин комплекс общеразвивающих упражнений 68 мин и специальноподготовительную беговые и прыжковые упражнения ускорения. Выполняя упражнения при разминке необходимо...
56360. Техника безопасности на уроках технологии 25 KB
  Строгое выполнение правил техники безопасности служит надежной гарантией предупреждения несчастных случаев. С первых занятий необходимо знакомить учащихся с правилами техники безопасности и требовать неукоснительного их выполнения.
56361. Техника безопасности на уроках труда 37.5 KB
  Учеников необходимо на первых же занятиях знакомить с этими правилами постоянно напоминать о них требовать безусловного выполнения. Ученик хорошо усваивает правила работы и сознательно применяет их только в том случае когда эти правила хорошо ему понятны.