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

53292. Health is above wealth. Giving advice 61.5 KB
  It is necessary to have not only a healthy body but also a healthy brain. You are school-leavers, so it is very important for you to be healthy to finish school and to enter higher educational establishments. Everybody should keep his/her brains in perfect condition, to be on top form for exams.
53293. "Health and Body Care", 5 клас 49 KB
  Today our lesson is devoted to a very important problem. As you know some people are healthy, some people are unhealthy. Health is the most precious things in people's life. We can't buy health, but we can do a lot to keep it. In order to be healthy we should follow some special rules. The series of pictures on the screen will help you to guess what we are going to speak about.
53294. Проектна робота з використанням комп’ютерних технологій як засобу креативного та інтерактивного навчання у 11 класі за підручником 11.5 MB
  ОПИС ПРОЕКТУ Тема проекту: Helthy Wy of Life. Початком роботи над проектами було анкетування учнів яким були поставлені питання: Учням 10 класу – re you going to life to 100 Додаток 1 Учням 11 класів – Do you know the truth or re you plying with fire Додаток 2 Учням 9 класу – re you helthy Додаток 3 Анкети у додатках.Результати анкетування були проаналізовані та зведені у діаграми: Mostly s: You re not very helthy t ll. You re very very helthy person.
53295. Охорона здоров’я 68.5 KB
  Практична мета: формувати комунікативну компетенцію учнів навчаючи їх вмінню вести бесіду про здоровий спосіб життя на основі прочитаного тексту використовуючи вивчену лексику. Освітня мета: ознайомити учнів із основними складовими здорового способу життя. Розвиваюча мета: розвивати комунікативні здібності учнів із залученням форм та методів інтерактивного навчання. Виховна мета: виховувати дбайливе ставлення до свого здоров’я та позитивне відношення до життя формуючи здоров’язберігаючу компетентність учнів.
53296. Healthy eating 39.5 KB
  Развитие способности к комбинированию и трансформированию речевых единиц, способности осуществлять продуктивные речевые действия на английском языке; развивать навыки интерактивного чтения, умения делать выводы.
53297. Healthy lifestyle 40.5 KB
  P1 Drink clean fresh water. Drink at least eight glasses of water every day. Limit soda and caffeine drinks. It is important to eat green and orange vegetables and fruit every day. Fresh vegetables and fresh fruit like bananas and oranges and tomatoes or carrots are the best. P2 Get plenty of rest and sleep. Children need about eight or ten hours of sleep each night. Make time for you self. Walk in the fresh air. Read and listen to soft music.
53298. ДОМАШНІЙ ХІМІЧНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ 63 KB
  Для дослідів буде потрібно невелику кількість овочів, фруктів, харчової соди, оцту, соків, тому, необхідно звернутися до батьків з проханням, не жаліти, якщо дитина зіпсує їх в своїх дослідах, адже вона пізнає навколишній світ, а це - крок у велику науку. Посудом у домашній лабораторії слугуватимуть скляні ампули від пігулок
53299. Характеристика образів повісті Я. Стельмаха «Химера лісового озера, або Митькозавр з Юрківки» 152.5 KB
  Стельмаха Химера лісового озера або Митькозавр з Юрківки. Стельмаха Химера лісового озера або Митькозавр з Юрківки. Стельмаха Химера лісового озера або Митькозавр з Юрківки – Сергієм і Митьком. Які думки у вас виникли коли ви знайшли сандалю що це взуття якогось дослідника якого з’їв Митькозавр.
53300. Вивчення властивостей моноцукрів і дицукрів 102.5 KB
  АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ: Програмою предмету передбачено вивчення основних методів дослідження хімічного складу речовини, знання яких необхідні спеціалісту для контролю технологічного процесу обробки сировини, напівфабрикатів, кулінарних і кондитерських виробів. Вивчення теми сприяє розвитку творчого професіоналізму, навиків експериментальної роботи, розвитоку творчого мислення, встановлення причиннно - наслідкових зв´язків, інтересу до пізнавальної діяльності, навиків самостійної роботи з учбовою і науковою літературою.