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

59081. Права національних меншин 57.5 KB
  Текст Хто такі національні меншини Національні меншини в Україні. Вправа Національні меншини: згоден не згоден. Текст Національні меншини.
59082. Привітаймо наших мам. Святкування Дня Матері 52 KB
  Учень Здрастуй березень наш крилатий Перший місяць весни теплий день. Учень Сьогодні привітати хочемо Ми любих мам із днем весни І побажати щиро хочемо Щоб завжди гарними були Учень Щоб не сивіло в вас волосся І щоб не морщилось чоло Щоб вам кохані наші мами...
59083. Прийом на роботу 32 KB
  Якщо група застрягає можна підказати їй таке: вік зовнішність одяг і походження людини не мають ніякого значення; усі кандидати заповнили заяви для прийому на роботу однаково добре; керівник не був ознайомлений з ними заздалегідь.
59084. Природа - наш спільний дім 36 KB
  Яке воно весняне небо Проект синоптиків складання на дошці діаграми Вена Весняне небо надихнуло нас на роботу. Хто із школярів добрав найвлучніше слово Яким Валя побачила небо Який у неї був настрій Яким діти побачили небо після Валиних слів А чому небо восени сумне зажурене...
59085. Природа у поезії Павла Тичини 42.5 KB
  Ознайомити школярів із життєвим та творчим шляхом Павла Тичини удосконалювати навички правильного і виразного читання розвивати образне мислення звязне мовлення; виховувати естетичні почуття любов до природи.
59086. Проектний виховний захід. Байдужість не прощається 60 KB
  Переконати що байдужість негативна людська риса На дошці вислови: Людина народжується не для того щоб загинути безвісною нікому невідомою пилинкою. Добрий день усім хто не залишився байдужим до того що діється навколо і прийшов сьогодні до нашого залу щоб засудити...
59087. Підсумковий урок за романом О. Вайльда. Портрет Доріана Грея 55 KB
  Мета: проаналізувати основні теми та ідеї роману Портрет Доріана Грея намалювати психологічні портрети головних героїв твору прищеплювати навички складання конспекту за допомогою опорних схем і таблиць вчити школярів помічати і розвязувати проблемні питання...
59088. Птахи нашого краю 47.5 KB
  Отже ви здогадались що мова піде в нас про птахів нашого краю. Зараз ми з вами відправимось у дивну подорож вулицею Птахів у місто Природоград. Поки автобус їде давайте пригадаємо що ми знаємо про птахів.
59089. Рідну матусеньку зі святом вітаю 40 KB
  Подивіться мамо вже й зима настала Ой не все я встигла що зробити мала Ведуча: А тепер подивіться у виконанні учнів невеличку пєсу Чи потрібне чоловіче свято Пєса Мама витирає посуд тато і син за столом їдять печиво.