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

74083. Государство и право США в Новое время 76 KB
  Отношения американских колоний и метрополии в XVIII в. во многом определялись политикой Англии, стремящейся превратить колонии в сырьевой придаток и рынок сбыта. Это вызвало возмущение во всех слоях общества и в 60-е – начале 70-х гг. начались массовые выступления населения колоний. Королю была направлена петиция с просьбой прекратить притеснения и не давать повода к окончательному разрыву.
74084. Государство и право Франции в Новое время 144 KB
  В условиях острого кризиса абсолютизм был вынужден пойти на созыв Генеральных штатов, не собирающихся более 150 лет. Однако с самого начала работы делегаты третьего сословия, поддержанные частью других делегатов, вступили в конфликт с королевской властью. Депутаты организовались сначала в Национальное собрание, а позднее в Учредительное собрание
74085. Государство и право Германии в Новое время 93.5 KB
  Союзный акт 1815 г. стал основой для создания нового государственного объединения – Германского союза, представлявшего собой крайне расплывчатую конфедерацию. Он включал 34 государство и четыре вольных города (Франкфурт, Гамбург, Любек и Бремен), отличающихся исключительной пестротой государственных форм: одна империя (Австрия)
74086. Организация производственного процесса. Производственный процесс и принципы его организации 841 KB
  К основным относятся процессы, связанные непосредственно с превращением предмета труда в готовую продукцию (например, переплавка руды в доменной печи и превращение ее в металл; превращение муки в тесто, затем в испеченный хлеб), т.е., это технологические процессы, в ходе которых происходят изменения геометрических форм, размеров и физико-химических свойств предметов труда. Основными называются производственные процесс
74087. Типы производства и их технико-экономическая характеристика 102 KB
  Тип производства определяется комплексной характеристикой технических организационных и экономических особенностей производства обусловленных широтой номенклатуры регулярностью стабильностью и объемом выпуска продукции. Основным показателем характеризующим тип производства является коэффициент закрепления операций Кз. Различают три типа производства: единичное серийное массовое.
74088. Организация вспомогательного производства и обслуживающих хозяйств 757 KB
  Инструментальное хозяйство занимает ведущее место в системе технического обслуживания производства. Современный технический и организационный уровень машиностроения определяется высокой оснащенностью его моделями, штампами, прессформами, приспособлениями, режущим, измерительным и вспомогательными инструментами и приборами, объединенными в общий комплекс технологической оснастки.
74089. Совершенствование организации производства и оценка ее экономической эффективности 237 KB
  Совершенствование организации производства и оценка ее экономической эффективности Основные пути развития организационных резервов Многообразие производственнотехнических условий работы промышленных предприятий определяет значение различных путей использования организационных резервов. Организационные резервы производства Для того чтобы разработать пути совершенствования организации производства в объединениях и на предприятиях необходимо оценить состояние и уровень организации производства. Состояние организации производства характеризует...
74090. Концепция организации и планирования производства на предприятии 77 KB
  Концепция организации и планирования производства на предприятии. Сущность организации производства Цель курса состоит в приобретении знаний и практических навыков экономических расчётов применительно к производственным и техническим решениям...
74091. Планирование и организация цикла создания и освоения новой продукции и технологии 938.5 KB
  В условиях присущей рыночному хозяйству конкуренции товаров и хозяйственных единиц предприятия особенно высокотехнологичные обновляют выпускаемую продукцию и совершенствуют способы ее производства...