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

2 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

34346. Технология производства керамического кирпича 23 KB
  Технология производства керамического кирпича Несмотря на обширный ассортимент разнообразие форм и свойств керамических изделий основные этапы их производства являются общими и включают следующие стадии: Карьерные работы добыча транспортирование и хранение запаса глин подготовку глиняной массы формование изделий сушку отформованных изделий обжиг высушенных изделий обработку изделий глазурование ангобирование и прочее и упаковку. Формование изделий осуществляется преимущественно на прессах: при первом способе подготовке глиняной...
34347. Основные свойства, классификация и назначение стеклянных изделий 22 KB
  Материалы и изделия из стекла применяемые в строительстве в зависимости от назначения разделяются на следующие группы: Материалы для заполнения проемов зданий и сооружений наиболее обширная группа строительных материалов из стекла включающая листовые стекла различных видов и стеклопакеты; в свою очередь листовое стекло подразделяется на листовое оконное витринное полированное и неполированное армированное узорчатое увиолевое трехслойное закаленное и др.; Материалы для строительных конструкций профильное стекло стеклоблоки;...
34348. Производство листового стекла, труб 24 KB
  Производство листового стекла труб. Это изделие из стекла в виде плоских листов отношение толщины которых к длине сравнительно невелико и составляет приблизительно 015 15. Стекольной промышленностью вырабатывается широкий ассортимент листового стекла: обычное оконное витринное полированное и неполированное армированное узорчатое увиолевое трехслойное и др. Производство строительного стекла включает следующие основные операции: подготовку сырьевых материалов приготовление стекольной шихты варку стекла формование изделий отжиг...
34349. Технология производства сортового и тарного стекла 21 KB
  Сфе изделия поступают на отжиг вырабатывают изделия бригадным способом. При механическом сплавах для формирования машины производятся изделия прем.
34350. Сравнительная экономическая оценка разных видов стекла 22.5 KB
  Сравнительная экономическая оценка разных видов стекла. Основными направлениями интенсификации прва стекла являются:1дальнейшие автоматизации техн прв; 2 расширение ассортимента и повышение качества стекла; 3реконструкция действующей прти; ;4 совершенствования техн прва стр стекла. Усовершенствование методов варки стекла предполагает увеличение площади покрытия пламенем зеркала шихты и стекломассы применением печей новых типов. велики амортизационные отчисления при его производстве высокая стоимость оборудования для флотационного...
34351. Классификация, основные свойства и назначение минеральных вяжущих материалов 23 KB
  Минеральные вяжущие вещества по способности затвердевать и сохранять прочность на воздухе или в воде подразделяют на воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие вещества после смешивания с водой твердеют прочность получающегося камня сохраняется или повышается только на воздухе. Поэтому такие вяжущие применяют при возведении надземных сооружений не подвергающихся действию воды. Гидравлические вяжущие вещества обладают этими свойствами не только на воздухе но и в воде их применяют в надземных подземных...
34352. Технология производства портландцемента по сухому и мокрому способу 32 KB
  В зоне испарения до 200 С испаряется свободная вода происходит высушивание сырьевой смеси подсушенный материал комкуется. Дальнейшее высушивание смеси выгорание органических примесей начало дегидратации глины удаления химически связанной воды разрушение глинистых минералов происходит в зоне подогрева 200. В третьей зоне зоне декарбонизации 700. Термическая диссоциация СаСОз эндотермический процесс поэтому потребление теплоты в третьей зоне печи наибольшее.
34353. Технико-экономические показатели производства цемента 21 KB
  Техникоэкономические показатели производства цемента. Себестоимость цемента оказывает реш. расход цемента достиг. Себестоимость цемента зависит от вида исходного сырья топлива ТП и объема производства.
34354. Гипсовые вяжущие материалы, их производство и назначение 27 KB
  Сырьем для производства гипсовых вяжущих служат природный гипсовый камень CSO42H2O и природный ангидрит CSO4 а также отходы химической промышленности содержащие сернокислый кальций фосфогипс при переработке природных фосфатов в суперфосфат борогипс и др. Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают тепловой обработкой двуводного гипса CSO42H2O при низких температурах 110.160 С с частичной его дегидратацией и переводом в полуводный гипс CSO405H2O. При этом двуводный гипс дегидратируется по реакции: CSO42H2O = =...