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

54574. Ніхто не має права ображати людину 49 KB
  Наш дзвінок вже дав сигнал Працювати час настав Ось і ти часу не гай Працювати починай Доброго дня діти Сідайте. Діти мене звати Вікторія Ігорівна і урок Я і Україна сьогодні проведу у вас я. Діти згадайте будьласка тему минулого вашого уроку. Молодці діти згадали ми з вами минулу тему.
54576. Німецькомовні країни. Розвиток монологічного мовлення 48 KB
  Über Deutschland, Österreich und die Schweiz haben wir vieles erfahren. Und noch gibt es zwei kleine Staaten, wo man deutsch spricht. Hört kleine Information über diese Staaten zu!
54577. ПРОГРАМА ДИСТАНЦІЙНОГО НАВЧАННЯ З НІМЕЦЬКОЇ МОВИ 96.5 KB
  Звісно відпочинок це також необхідна сторона нашого життя але головне завдання вчителя це компетентний учень і робота в режимі дистанційного навчання є чудовим інструментом для його виховання. Робота з текстом: Виписати та вивчити нові слова; Прочитати текст; Перекласти усно; Дати письмові відповіді на питання до тексту та переслати їх на електронну адресу вчителя. Робота з текстом: Виписати та вивчити нові слова; Прочитати текст; Перекласти усно; Виконати тестове завдання до тексту та переслати отримані відповіді на...
54578. Значення нітрогену та його сполук в природі та господарській діяльності людини 57.5 KB
  Сьогодні ми проведемо узагальнюючий урок з теми Підгрупа нітрогену. Щоб виконати завдання редакції необхідно заповнити таблицю Позитивна та негативна роль нітрогену та його сполук. Роль нітрогену та його сполук Позитивна Негативна ІІІ.
54579. НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНА КАРТКА (ПЛАН) ЗАНЯТТЯ 174 KB
  Мета завдання: Навчальна: зясувати соціальноекономічну сутність заробітної плати; визначити сфери державного регулювання оплати праці в умовах ринкових відносин; проаналізувати особливості організацій оплати праці на підприємстві; зясувати що лежить в основі побудови системи оплати праці на підприємстві в сучасних умовах; виявити переваги та недоліки різних систем...
54580. З Новим роком! 103.5 KB
  Принц Рік новий вже так близенько Кілька днів всього пройде. Принц Рік новий не за горами Крок за кроком і прийде. Але поки разом з нами Рік старий.
54581. Уроки вдохновения 3.3 MB
  Если вспомнить сколько существует всякой путаницы недоумений всевозможных толкований вокруг метода Константина Сергеевича получившего название метода физических действий сколько было опубликовано неясных изложений этого метода его ближайшими учениками и помощниками последних лет жизни то невольно радуешься тому что почти стенографическое изложение репетиций Станиславского по этому методу становится нашим общим достоянием. Эти ленинские слова из беседы с Кларой Цеткин можно поставить эпиграфом к бессмертному учению Константина...
54582. Предложение. Закон предложения. Факторы, влияющие на предложение 25.07 KB
  Величина предложения – это максимальное количество товаров и услуг, которое производители (продавцы) способны и готовы продать по определенной цене, в определенном месте и в определенное время.