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

232. Материаловедение. Технология конструкционных материалов 351 KB
  Типы кристаллических решеток у металлов. Основные структурные составляющие сплавов. Превращения на линиях диаграммы при нагревании и охлаждении. Диаграмма распада аустенита при непрерывном охлаждении. Основные виды термической обработки стали.
233. Исследование электромеханических реле 508 KB
  Исследование работы электромагнитного реле РТ-40. Исследование электронных реле тока и реле времени. Исследование измерительного блока электронного реле тока (напряжения). Исследование схемы генератора меандра на КР1006ВИ1.
234. Разработка цифрового вольтметра, на основе метода двойного интегрирования 139.64 KB
  Структурная схема цифрового вольтметра и расчет основных его параметров. Схемотехника основных узлов цифрового вольтметра. Последовательный ввод информации с входа D и её сдвиг. Использование четырехразрядного реверсивного счетчика.
235. Розрахунок головної балки мостового вантажопідйомного крану 398.33 KB
  Розрахунок конструкцій за допустимими напруженнями. Визначення висоти основного перерізу балки з умов міцності (мінімальної маси). Визначення еквівалентних напружень у небезпечному перерізі балки. Стійкість нижньої частини вертикального полотна.
236. Информационное обеспечение департамента управления министерства финансов Республики Хакасия 562.5 KB
  Структура организации (функциональные и информационные связи). План и схема развёртывания комплекса программ. Составление заявки на ремонт неисправного, а также приобретение нового и модернизацию устаревшего аппаратного оборудования серверов и рабочих станции, а также сетевого оборудования.
237. Теоретический расчет работы электродвигателя 193.34 KB
  Определение мощности и частоты вращения двигателя, общий коэффициент полезного действия. Фактическая частота вращения на валу рабочей машины, расчет зубчатых колёс редуктора. Конструктивные размеры шестерни и колеса.
238. Система электронно-цифровой подписи 648.47 KB
  Изучения руководства пользователя программы, регистрация открытых ключей и проверка подписей. Вывод названия организации и составление отчетов по запросу банк - клиент. Проверка правильности работы программы и наличия цифровой подписи.
239. Расчет показателей судна и его энергетический установки 368.5 KB
  Обоснование эксплуатационных режимов работы главных двигателей СЭУ. Выбор схемы обеспечения судна электроэнергией и теплом. Выбор режима работы главных двигателей судна. Обоснование и выбор схемы энергетического теплоснабжения.
240. Принципы расчета оплаты труда персонала предприятия 479.5 KB
  Основные принципы организации оплаты труда, состав фонда оплаты труда. Теоретические основы системы организации и оплаты труда. Направления по усовершенствованию системы оплаты труда. Совершенствования системы оплаты труда для повышения ее стимулирующий функции.