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

38904. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ И ЭНЕРГИИ УДАРА 2.35 MB
  Лаборатория Физические основы механики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ФМ5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ И ЭНЕРГИИ УДАРА ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ: Перед включением электроприборов проверить целостность шнуров питания вилки и заземление. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение перераспределения энергии соударяющихся тел определение времени удара. Удар называется центральным если в момент удара центры инерции сталкивающихся тел находятся на одной прямой. Различают два предельных случая удара – абсолютно упругий и абсолютно неупругий.
38905. ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОГО УДАРА 1.5 MB
  Лаборатория Физические основы механики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ФМ5 А ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОГО УДАРА Методическое руководство подготовлено: к. Удар называется центральным если в момент удара центры инерции сталкивающихся тел находятся на одной прямой. Различают два предельных случая удара – абсолютно упругий и абсолютно неупругий. После удара столкнувшиеся тела движутся вместе с одинаковой скоростью.
38906. ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ОТНОСИТЕЛЬНО ГЛАВНЫХ ОСЕЙ ИНЕРЦИИ 2.74 MB
  Лаборатория Физические основы механики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ФМ6 ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ОТНОСИТЕЛЬНО ГЛАВНЫХ ОСЕЙ ИНЕРЦИИ Составитель: к. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определение периодов колебаний и моментов инерции тел относительно главных осей инерции. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Моментом инерции тела относительно некоторой оси в физике называют величину равную сумме произведений элементарных масс из которых состоит тело на квадраты их расстояний до оси: Проекция момента импульса тела на ось вращения и угловую скорость связаны...
38907. Знакомство с методами измерения физических величин и оценкой погрешностей измерений 264.5 KB
  Лаборатория Физические основы механики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ФМ0 Знакомство с методами измерения физических величин и оценкой погрешностей измерений Руководство подготовлено доц. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомиться с прямыми и косвенными измерениями методами обработки результатов измерений. Чтобы найти значение как можно более близкое к истинному нужно проводить большее число измерений и на их основе вычислить среднее арифметическое значение. Чем больше число измерений тем ближе среднее значение к истинному.
38908. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ТЕЛА МЕТОДОМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 612.5 KB
  Лаборатория Физические основы механики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ФМ1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ТЕЛА МЕТОДОМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ Нормоконтроль: Переработано: к. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение вращательного движения тела на примере крутильных колебаний. Определение момента инерции твердого тела. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Абсолютно твёрдым телом называется тело которое ни при каких условиях не может деформироваться то есть расстояние между двумя точками или точнее между двумя частицами этого тела остаётся постоянным.
38909. Изучение прецессии лабораторного гироскопа 4.27 MB
  Окружности по которым движутся точки тела лежат в плоскостях перпендикулярных к этой оси. Эти векторы не имеют определённых точек приложения: они могут откладываться из любой точки оси вращения. Вектор направлен вдоль оси вращения в соответствии с правилом правого винта т. При вращении тела вокруг неподвижной оси вектор углового ускорения направлен вдоль оси вращения в сторону...
38910. Исследование законов вращательного движения на маятнике Обербека 1.08 MB
  ЦЕЛЬ РАБОТЫ: расчет момента инерции сложного тела исследование зависимости момента инерции от распределения массы внутри твердого тела от величины внешней силы и от ее плеча. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Абсолютно твёрдым телом называется тело которое ни при каких условиях не может деформироваться то есть расстояние между двумя точками или точнее между двумя частицами этого тела остаётся постоянным. При вращении твёрдого тела все его точки движутся по окружности центры которых лежат на одной прямой называемой...