75379

Преимущества оптического волокна как среды для передачи информации

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Полезная ширина полосы одиночно излученного светового импульса определяется импульсной передаточной функцией рассматриваемого оптического волокна ОВ. Учитывая что оптическая ширина полосы волокна определяется импульсной передаточной функцией этого волокна можно показать что измеренная на уровне 3 дБ по мощности оптическая ширина полосы Во оценивается с помощью показателя полная ширина полосы на уровне половины от максимума...

Русский

2015-01-12

225.5 KB

1 чел.

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

  1.  Преимущества оптического волокна как среды

для передачи информации

Оптическое волокно - среда передачи, используемая в современных наземных сетях связи. Если скорости передачи в 1 бит/с соответствует диапазон частот в 1 Гц, то фактически весь используемый радиочастотный спектр (3 кГц - 200 ГГц) может быть передан по одному волокну. При современной технологии скорость передачи данных может достигать 100 Гбит/с для одного потока.

Волоко́нно-опти́ческая связь - вид проводной электросвязи, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем — волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования, пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и достигает 10 - 15 Тбит/с. Малое затухание сигнала обуславливает возможность применения волоконно-оптической связи на значительных расстояниях без использования усилителей. Волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и недоступна для несанкционированного использования. Волоконно-оптическая связь находит всё более широкое применение - от компьютеров и бортовых космических, самолётных, корабельных систем, до передачи информации на большие расстояния. Общая протяженность волоконно-оптических линий связи исчисляется сотнями миллионов километров.

Оптическое волокно хорошо вписывается в схему цифровой передачи. Передача сигнала по коаксиальному кабелю и паре проводов требует значительно больше повторителей (регенераторов) на единицу длины, по сравнению с ВОЛС. Это соотношение колеблется от 20:1 до 100:1. В результате, накопленное дрожание фазы фронтов импульсов при передаче по оптоволокну значительно меньше, чем при передаче по медным проводам. Это происходит потому, что накопленное дрожание фазы фронта - функция числа последовательно включенных повторителей.

Полезная ширина полосы одиночно излученного светового импульса определяется импульсной передаточной функцией рассматриваемого оптического волокна (ОВ). Пусть Воширина полосы ОВ. Учитывая, что оптическая ширина полосы волокна определяется импульсной передаточной функцией этого волокна, можно показать, что измеренная на уровне -3 дБ (по мощности) оптическая ширина полосы Во оценивается с помощью показателя «полная ширина полосы на уровне половины от максимума» (FWHM):

Во = 441/FWHM,

полагая, что Во измеряется в МГц, a FWHM - в нс.

Время нарастания переднего фронта импульса обратно пропорционально Во:

t = 315/ Во

Рис. 1.1. Упрощенная модель ВОСП

Операции в блоках могут быть аналоговыми или цифровыми. Многие кабельные телевизионные системы используют аналоговый формат, со временем, однако он все больше меняется на цифровой. Другая форму аналоговых приложений - передача радиосигналов в их естественной форме без использования частотной модуляции.

Электрооптический преобразователь (ЭОП) преобразует цифровой электрический сигнал в оптический NRZ- или RZ-сигнал или сигнал, использующий манчестерский код. Он также устанавливает требуемый уровень постоянного смещения входных импульсов. Существуют два источника света, широко используемых сегодня на практике: светоизлучающий диод — СИД (LED) и лазерный диод — ЛД (LD). Оба источника используют модуляцию по интенсивности.

Этот источник соединяется с детектором светового сигнала на удаленном конце через одно из оптических волокон в ВОК (другие волокна используются для других целей, в том числе и для резервирования). Оптические волокна внутри кабеля могут быть как одномодовыми, так и многомодовыми. Физические размеры волокна (диаметр его сердцевины) определяют какого оно типа. Существуют как экономические, так и эксплуатационные соображения, которые могут определять, какой тип волокна нужно использовать для конкретного проекта.

ВОК поставляется на катушках (или барабанах), представляющих одну кабельную секцию, которая имеет длину 1, 2, 5 и 10 км. Соединительные оптические разъемы (или коннекторы) используются на концах кабелей (с обоих сторон) для соединения кабеля с указанными источником и детектором. Для длинных линий (ВОСП) может потребоваться несколько таких катушек. Строительные длины соединяются друг с другом путем сращивания. Сростки и оптические разъемы рассматриваются в гл. 3. В связи с этим, обычно, рассматриваются два наиболее важных параметра: вносимые потери и возвратные потери. Вносимые потери, вызванные наличием сростка, должны быть меньше 0,1 дБ, тогда как аналогичные потери, вызванные наличием оптического разъема, должны быть меньше 1 дБ. Возвратные потери (или потери на отражение), определяющие уровень согласования между сростком и кабелем, должны быть не менее 30 дБ.

Большинство ВОСП в настоящее время используют два типа приемников: PIN-диод и лавинный фотодиод (ЛФД). PIN-диод проще и менее чувствителен к изменению окружающей среды, так как не имеет внутреннего усиления. ЛФД — более сложен и более чувствителен к изменению окружающей среды, но может обеспечить 10-20 дБ дополнительного усиления.

Волокно в каждый дом (англ. Fiber to the premises, FTTP или Fiber to the home, FTTH) - термин для обозначения широкополосных телекоммуникационных систем, базирующихся на проведении волоконного канала и его завершения на территории конечного пользователя путём установки терминального оптического оборудования для предоставления комплекса телекоммуникационных услуг, включающего: высокоскоростной доступ в Интернет; услуги телефонной связи; услуги телевизионного приёма.

2. Распространение оптического излучения в волокне.

Числовая апертура и моды оптического волокна

В основе волоконно-оптической связи лежит явление полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с разными показателями преломления. Оптическое волокно состоит из двух элементов - сердцевины, являющейся непосредственным световодом, и оболочки. Любые дополнительные покрытия (оболочки) являются защитными. Показатель преломления сердцевины несколько больше показателя преломления оболочки, благодаря чему луч света, испытывая многократные переотражения на границе сердцевина - оболочка, распространяется в сердцевине, не покидая её. Показатель преломления сердцевины обозначают n1, а показатель преломления оболочки - n2. Это важные параметры и мы рассмотрим их ниже. Когда жила ОВ спроектирована так, что n1 n2, то структура: сердцевина-оболочка, ведет себя как волновод. Кварцевое стекло (SiO2) является основным материалом, как для сердцевины, так и оболочки. Для подгонки нужных значений показателя преломления используются легирующие примеси, такие как бор или германий.

Конструкция световода

Путь лучей для нескольких углов падения, n1  n2

Условие полного внутреннего отражения:

                                     (1)

Числовая апертура волокна (NANumerical Aperture) максимальный синус угла  между лучом и осью волокна, при падении под которым излучение еще распространяется внутри световода. Если угол больше предельного, излучение уходит в оболочку:

                                                    (2)

Мода оптического волокна – распределение поля поперек волокна,

которое воспроизводится по форме в любом его сечении.

Распределение поля поперек волокна (вдоль оси x) является

стоячей волной.

Одномодовое волокно                                        Многомодовое волокно

                                             125 мкм

                                            Оболочка

                                          Сердцевина

              7…9 мкм                          50/62,5 мкм

Многомодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления: .

Одномодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления: .

Диаметр покрытия – 250 мкм.

Параметр волокна (нормированная частота волокна):

.                                                        (1.3)

В волокне со ступенчатым профилем показателя преломления распространяется только одна мода, если V < 2,405. Это требование позволяет определить критическую (минимальную) длину волны, начиная с которой внутри волокна может распространяться только одна мода.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82146. «Чернобыльская зона» Вечер-реквием ко Дню ликвидатора 59 KB
  Все ликвидаторы аварии на Чернобыльской АЭС 1986-1990 годов достойны того, чтобы их бескорыстный пример долга был примером для наших потомков, об этом подвиге знали, помнили и с благодарностью вспоминали их имена. Слово предоставляется участнику ликвидации последствий аварии на Чернобыльской...
82147. Позакласний захід «Математика із зірками» 464.5 KB
  На картках математиків написане квадратне рівняння на картках учнів корені відповідного квадратного рівняння. Потрібно утворити пару так щоб корені були розв’язками відповідного квадратного рівняння. Математик у голос зачитує квадратне рівняння а учні розв’язуючи знаходять відповідні корені даного рівняння.
82148. Повторення та узагальнення вивченого про займенник. Творча робота над вживанням займенників 35.5 KB
  Мета: повторити й узагальнити вивчене про займенник провести підготовку до контрольної роботи; розвивати вміння використовувати займенники у мовленні; виховувати працелюбність бажання вести здоровий спосіб життя; спонукати до творчості реалізувати потреби учнів у спілкуванні.
82149. Інтелектуальна гра за творчістю Тараса Григоровича Шевченка «Зіркова година» 32 KB
  Кожен учасник отримує по три картки з цифрами 123 для відповідей. За правильну відповідь кожен отримує зірочку. Кожен відкриває для себе щось нове в даній постаті. Завдячуючи Тарасу Григоровичу кожен з нас повинен зрозуміти: людина творець своєї долі.
82150. Перехід проїзної частини дороги за різних умов 90.5 KB
  Мета: Ознайомлення учнів з основами організації дорожнього руху структурними елементами вулиці та дороги технічними засобами організації дорожнього руху прищеплення розуміння необхідності суворого дотримання встановлених правил поведінки на дорозі вироблення навичок спостережливості...
82151. Будь чистым и аккуратным (Как подружиться с королевой Гигиеной) 489 KB
  Кто хочет быть здоровым никогда не болеть Но одного желания мало Что надо делать чтобы всегда хорошо выглядеть быть здоровым А что это за письмо пришло нам конверт с письмом обратный адрес: Замарашкина Никогда не мойте руки Шею уши и лицо. Вновь испачкаются руки Шея уши и лицо. Игра Так я мою руки.
82152. Харчування та здоров’я 2.06 MB
  Мета: Пояснити учням значення харчування для здоров’я, розширити уявлення про різноманітність харчових продуктів, вчити дітей правильно харчуватися, розвивати культурно-гігієнічні навички поведінки під час прийому їжі, прищеплювати естетичні смаки щодо сервірування столу, прикрашання страв.
82153. СОНЦЕ: КОРИСНЕ ТА ШКІДЛИВЕ. ПРАВИЛА ПОВЕДІНКИ ПІД ЧАС ВІДПОЧИНКУ НА ВОДІ 492 KB
  Мета: розповісти учням про правила безпечної поведінки біля води; ознайомити учнів із впливом сонячних променів на організм людини, способами запобігання й надання допомоги у разі сонячного удару; виховувати обережність. Формувати розуміння того, що тільки від власної поведінки залежить життя...
82154. ЗДОРОВО БУТИ ЗДОРОВИМ 64.5 KB
  Навчати дітей веденню здорового способу життя; формувати навички доброзичливого спілкування; поглиблювати знання про правила загартування; розвивати прагнення до вживання національних страв як засобу збереження і зміцнення здоров’я.