75380

Затухание оптического излучения в волокне

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Существовало две глобальных проблемы при разработке оптических систем передачи данных: 1) источник света и 2) носитель сигнала. Первая разрешилась с изобретением лазеров в 1960 году, вторая - с появлением высококачественных оптических кабелей в 1970 году

Русский

2015-01-12

167.5 KB

1 чел.

Затухание оптического излучения в волокне

В 1966 году Као и Хокман из STC Laboratory представили оптические нити из обычного стекла, которые имели затухание в 1000 дБ/км (затухание в коаксиальном кабеле составляет 5-10 дБ/км) из-за содержащихся в стекле примесей, которые можно удалить.

Существовало две глобальных проблемы при разработке оптических систем передачи данных: 1) источник света и 2) носитель сигнала. Первая разрешилась с изобретением лазеров в 1960 году, вторая - с появлением высококачественных оптических кабелей в 1970 году. Это была разработка Corning Glass Works. Затухание в таких кабелях составляло около 20 дБ/км, что было вполне приемлемым для передачи сигнала в телекоммуникационных системах. В то же время были разработаны компактные полупроводниковые GaAs-лазеры.

После интенсивных исследований в период с 1975 по 1980 год появилась первая коммерческая волоконно-оптическая система, оперировавшая светом с длиной волны 0,8 мкм и использовавшая полупроводниковый лазер на основе арсенида галлия (GaAs). Битрейт систем первого поколения составлял 45 Мбит/с, расстояние между повторителями — 10 км. 22 апреля 1977 года в Лонг-Бич, штат Калифорния, компания General Telephone and Electronics впервые использовала оптический канал для передачи телефонного трафика на скорости 6 Мбит/с.

Второе поколение волоконно-оптических систем было разработано для коммерческого использования в начале 1980-х. Они оперировали светом с длиной волны 1,3 мкм от InGaAsP-лазеров. Однако такие системы всё ещё были ограниченны из-за рассеивания, возникающего в канале. Однако уже в 1987 году эти системы работали на скорости до 1,7 Гбит/с при расстоянии между повторителями 50 км.

Первый трансатлантический телефонный оптический кабель — ТАТ-8 — был введён в эксплуатацию в 1988 году. В его основе лежала оптимизированная технология Desurvire усиления лазера. ТАТ-8 разрабатывался как первый подводный волоконно-оптический кабель между Соединёнными Штатами и Европой.

Разработка систем мультиплексирования позволила в несколько раз увеличить скорость передачи данных по одному волокну и к 2003 году при применении технологии спектрального уплотнения достигнута скорость передачи 10,92 Тбит/с (273 оптических канала по 40 Гбит/с). В 2009 году лаборатории Белла при мультиплексировании 155 каналов по 100 Гбит/с удалось передать сигнал со скоростью 15,5 Тбит/с на расстояние 7000 километров. Достигнутый уровень потерь – 0,2 дБ/км.

Затухание оптического волокна в зависимости от длины волны

(показаны три окна прозрачности)

Рис. 1.3.

Существуют три основных окна прозрачности: 1) 820-900 нм; 2) 1280-1350 нм; 3) 1528-1561 нм. Вторая и третья полосы разделены так называемым пиком поглощения света «водой», расположенным приблизительно на длине волны 1400 нм (фактически на 1383 нм). Пик поглощения фактически вызван наличием в волокне радикалов ОН.

Последнее окно может быть расширено до 1620 нм - эту область называют четвертым окном прозрачности. Частоты, соответствующие последнему окну и его расширению, F1 и F2:

Гц = 196 ТГц

Гц = 185 ТГц

Полезная рабочая полоса этих окон равна 11 ТГц.

Потери излучения в оптическом волокне

Количественные характеристики затухания

[1/м] – коэффициент затухания излучения в волокне:

                                                                (1)

                                                        (2)

Удельное затухание в логарифмических единицах - [дБ/км]:

                                    (3)

Логарифмическая единица мощности:

                                        (4)

Связь мощностей на входе и выходе волокна, выраженных в логарифмических единицах:

                                      (5)

Факторы, приводящие к затуханию

Физические:

  •  Поглощение ИК излучения при возбуждении колебаний атомов Si и O.             > 2 мкм.
  •  Поглощение УФ излучения в результате электронных переходов в молекуле SiO2.  < 0,2 мкм.
  •  Рэлеевское рассеяние на флуктуациях показателя преломления.                              ~ (0,70,9)/4[мкм]

Химические:

  •  Поглощение примесными ионами металлов (Fe, Cu, Ni, Mn, Cr). Уровень потерь меньше 1 дБ/км, если относительное содержание примесей ионов металлов ниже 10-9.
    •  Поглощение в результате возбуждения колебаний атомов, входящих в состав радикала OH. Резонансные длины волн для полос поглощения: 2,73 мкм – основная гармоника, 1,39 мкм, 1,24 мкм, 0,95 мкм – высшие гармоники. Для достижения низких потерь необходимо снизить относительное содержание радикалов до 10-8.

Конструкционно-технологические: – неточность изготовления волокна: изменения диаметра сердцевины, показателя преломления, дефекты на границе раздела сердцевины и оболочки.

Внешние:  стыковка и изгибы волокон. Если радиус кривизны изгиба волокна превышает 5 мм, потери на макроизгибах пренебрежимо малы. Случайная осевая деформация при прокладке кабеля приводит к микроизгибам волокна, способна привести к большим потерям на микроизгибах.

Технология изготовления оптических волокон

Стадии: 1) изготовление заготовки, 2) вытяжка волокна из заготовки

Изготовление заготовки – метод химического парофазного осаждения

(CVDChemical Vapor Deposition)

Решаемая задача: создание сверхчистого кварцевого стекла с одновременным дозированным легированием примесью окисла германия для управления величиной показателя преломления

Внутреннее осаждение

Основные химические процессы:

,     температура > 1200оС

,   температура > 1000оС

Схлопывание опорной трубки в заготовку

Внешнее осаждение

Внутреннее осаждение (MCVD – метод)

Вытяжка волокна из заготовки


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31262. МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ ПО НАПИСАНИЮ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ (ПРОЕКТА) 342.5 KB
  МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ ПО НАПИСАНИЮ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ ПРОЕКТА для студентов специальности 080504.65 Менеджмент организации Методическое указание по выполнению выпускной квалификационной работы для студентов специальности 080504. Цель и задачи дипломной работы. Выбор и утверждение темы дипломной работы .
31263. Методические указания по оформлению дипломной работы для студентов, обучающихся по специальностям 080105 «Финансы и кредит», 228.5 KB
  Методические указания по оформлению дипломной работы для студентов обучающихся по специальностям 080105 Финансы и кредит 080109 Бухгалтерский учет анализ и аудит Составители: к.22 В методических указаниях отражены требования по оформлению дипломной работы по специальностям 080105 Финансы кредит 080109 Бухгалтерский учет анализ и аудит. Приведены общие требования к оформлению дипломной работы правила порядок подготовки к защите критерии оценки.
31264. (ДИПЛОМНАЯ РАБОТА) МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 116.5 KB
  Объект работы - это правовое явление, одно из направлений юридической деятельности, совокупность общественных отношений, являющаяся источником информации о рассматриваемой сфере. Предмет работы должен характеризовать тему выпускной квалификационной работы и включать в себя свойства и стороны объекта, которые следует рассмотреть в обозначенной теме, установив пределы рассмотрения.
31265. Методичні вказівки щодо практичних занять з навчальної дисципліни "Вступ до електромеханіки" для студентів денної форми навчання з напряму 6.050702 – «Електромеханіка» 12.37 MB
  5 Практичне заняття № 2 Розрахунок потужності приводного двигуна типових промислових механізмів. 17 Практичне заняття № 3 Розрахунок потужності приводного двигуна електромеханічної системи за тахограмою. 39 Практичне заняття № 6 Механічні характеристики й розрахунок опорів двигуна постійного струму. Розрахунок приведених моментів інерції та моментів опору електромеханічних систем Мета: опанувати методи і набути навичок розрахунків характеристик сумісної роботи двигуна й робочого механізму...
31266. ВИПРОБУВАННЯ, РЕМОНТ, ДІАГНОСТИКА ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ 13.6 MB
  50 Лабораторна робота № 5 Налагоджувальні роботи для двигунів постійного і змінного струму . Мегомметр пристрій який застосовується для вимірювання опору ізоляції електроустаткування проводів і кабелів постійному струму. Мегомметр складається з ґенератора постійного струму та вимірювального приладу що міститься в одному корпусі. Усі вони призначені для вимірювання напруги постійного та змінного струмів величини струму та опору постійному струму.
31267. Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни “Елементи електроприводу та тренажери електромеханічних комплексів” 15.81 MB
  5 Лабораторна робота № 2 Дослідження датчиків струму і напруги. 12 Лабораторна робота № 3 Дослідження блоку датчиків струму і напруги. 20 Лабораторна робота № 4 Дослідження тиристорних реґуляторів постійної та змінної напруги . Під час проведення лабораторних занять студенти повинні визначати швидкість обертання за допомогою електромашинного та фотоелектричного датчиків швидкості; вимірювати струм і напругу за допомогою датчиків розраховувати якісні показники струму і напруги; працювати з системою імпульснофазового...
31268. Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни “Елементи електропривода та тренажери електромеханічних комплексів” (частина ІІ) 8.45 MB
  Під час проведення лабораторних занять студенти повинні визначати швидкість обертання за допомогою електромашинного та фотоелектричного датчиків швидкості; вимірювати струм і напругу за допомогою датчиків розраховувати якісні показники струму і напруги; працювати з системою імпульснофазового керування тиристорами; набувати навичок керування двигунами постійного струму за допомогою тиристорних перетворювачів реверсивних та нереверсивних широтноімпульсних перетворювачів. Короткі теоретичні відомості Одним із способів реґулювання напруги...
31269. ЕЛЕМЕНТИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА ТА ТРЕНАЖЕРИ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ 329 KB
  Рекомендації щодо вивчення матеріалу Під час вивчення цього розділу студенту необхідно розглянути побудову та принцип дії систем збору та обробки даних призначених для обробки інформації в системах автоматичного електропривода. Студент ознайомиться з принципами побудови та прикладами використання датчиків АЦП та ЦАП засвоїть необхідність використання гальванічної розвязки і нормування сигналів у інформаційній частині ЕП. Рекомендації щодо вивчення матеріалу Вивчаючи дану тему студенту необхідно ознайомитись з принципом дії основних типів...
31270. ЕЛЕКТРОНІКА ТА МІКРОСХЕМОТЕХНІКА 951 KB
  050702 ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА КРЕМЕНЧУК 2011 Методичні вказівки щодо виконання курсової роботи з навчальної дисципліни “ Електроніка та мікросхемотехніка †для студентів усіх форм навчання за напрямками 6. Сергієнко ЗМІСТ Вступ 4 1 Мета та задачі курсового проектування 4 2 Тематика курсових робіт 4 3 Порядок виконання курсової роботи 4 4 Структура курсової роботи 6 5 Порядок захисту курсової роботи 7 6 Критерії оцінювання курсової роботи 7 7 Зміст курсової роботи 8 8 Вимоги що до оформлення курсової роботи 9 ДОДАТОК А. Виконання курсової...