Лекция 16

Лекция 16.

План:

1. Затухание;

2. Классификация оптических кабелей и требования к ним;

3. Принципы конструирования;

4. Модуляция сигнала.

§6.16.1. Затухание

Для заданной скорости передачи информации и вероятности ошибки мощность на входе фотодетектора должна быть больше некоторой определенной величины. Потери волновода определяют длину ретрансляционного участка волоконно-оптической линии связи, т. е. расстояние, на которое можно передавать сигнал без усиления. В тех участках спектра, где существуют надежные источники излучения, световоды должны иметь минимально возможное затухание. Существуют две главные причины потерь в световодах: поглощение и рассеяние энергии. Потери на поглощение состоят из собственного поглощения и поглощения из-за наличия в стекле ионов металлов переходной группы Fe²⁺, Cu²⁺, Cr³⁺ и ионов ОН~. Собственное поглощение наблюдается в ультрафиолетовой  и инфракрасной областях спектра.

Существенную роль играет рассеяние (переизлучение) энергии. Различают линейное и нелинейное рассеяния. При линейном рассеянии мощность рассеяния пропорциональна мощности падающей волны. В этом случае происходит частичное изменение направле­ния потока энергии. При нелинейном рассеянии в спектре рассеян­ной мощности наблюдаются новые частотные компоненты.

Рекомендуемые материалы

Рассеяние, возникающее в результате флуктуации показателя преломления, называется рэлеевским. Коэффициент рассеяния , где  —постоянная, зависящая от материала (для кварца мкм⁴ дБ/км). На инородных включениях, содер­жащих примесь, размер которой сравним с , происходит линейное рассеяние. Рассеяние также возникает из-за различных нару­шений геометрии световода, наличия соединений, изгибов и микро­изгибов.

§6.16.2. Классификация оптических кабелей и требования к ним

Оптические кабели по своему назначению могут быть классифицированы на четыре группы: междугородные, городские, объектовые и подводные. В отдельную группу выделяются монтажные оптические кабели.

Междугородные кабели предназначаются для передачи инфор­мации на значительные расстояния и имеют большое число каналов. Они должны обладать малыми затуханием, дисперсией и большой информационно-пропускной способностью.

Кабели городской связи применяются в качестве соединительных линий между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (5—10 км) и большое число каналов. Эти линии, как правило, работают без промежуточных ли­нейных регенераторов.

Объектовые кабели служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).

Подводные кабели предназначаются для организации связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и  большие  длины  регенерационных участков.

Монтажные оптические кабели предназначены для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры.

Можно сформулировать общие основные требования оптическим кабелям

1.Требования к физико-механическим характеристикам: - высокая прочность на разрыв;

-влагонепроницаемость;

-достаточная буферная защита для уменьшения потерь, вызываемых механическими напряжениями;

-термостойкость в рабочем диапазоне температур;

-гибкость и возможность прокладки по реальным трассам;

-химическая и ударная стойкость;

-простота монтажа и прокладки.

К оптическим кабелям подводного назначения предъявляются дополнительные требования, например надежная защита от влаги. Одни из этих кабелей должны обладать плавучестью, другие — достаточной избыточной массой для прокладки по дну. Важнейшим требованием являются также малая стоимость волоконно-оптических линий и их эксплуатационная надежность.

2. Требования к оптическим характеристикам:

- минимальное затухание;

- широкая полоса пропускания.

§6.16.3. Принципы конструирования оптических кабелей

При создании оптического кабеля учитываются такие его характеристики, как затухание, полоса пропускания, число волокон в кабеле, числовая апертура, допустимый радиус изгиба, допустимые механические нагрузки и др. Эти характеристики связаны одна с другой и определяются следующими первичными параметрами: показателями преломления сердечника и оболочки, диаметром сердечника, толщиной оболочки, потерями в сердечнике и оболочке, а также характеристиками нерегулярностей (неоднородностями на границе «сердечник — оболочка», изгибами волокон, эксцентриситетом сердечника и оболочки и др.).

Оптические кабели, кроме волокон, содержат:

-силовые (упрочняющие) элементы, воспринимающие на себя продольную нагрузку на разрыв;

-заполнители в виде сплошных пластмассовых стержней;

-армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при внешних механических воздействиях;

-наружные демпфирующие и защитные оболочки, предохраняющие от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий.

При конструировании оптического кабеля рассматриваются оцениваются различные варианты его конструктивных элементов и их материалов, определяется взаимное расположение волокон, также комплектование кабеля в целом. При этом надлежит выбрать:

-тип оптического волокна (жгут или моноволокно);

-покрытие волокна (плотное или трубчатое);

-вид укладки волокон в кабеле (свободная или связанная)

-порядок расположения силовых элементов (в центре или на периферии);

-тип оболочек кабеля (пластмассовые или металлические);

Рекомендация для Вас - 12 Алгоритмы закрашивания.

-конструкцию сердечника кабеля;

-конструкцию кабеля в целом.

§6.16.4. Модуляция сигнала

Для ВОЛС, где источниками излучения в основном являются светодиоды и полупроводниковые лазеры, требуются эффективные методы модуляции оптического излучения этих генераторов. Модуляторы оптического излучения можно разделить на внутрен­ние и внешние. В первом случае модуляция связана с непосредственным воздействием на процесс генерации, во втором — на уже сформировавшийся луч квантового генератора.

Для светодиодов и полупроводни­ковых лазеров, в принципе, не требуются внешние модуляторы. Напряжение смещения управляет инжекцией электронов через р-п переход и в широких пределах меняет интенсивность выходного излучения.

В ВОЛС может применяться как аналоговая, так и импульсная модуляции. Однако, системы с аналоговой модуляцией, т. е. воспроизводящие сигнал с помощью соответствующего изменения амплитуды, частоты или фазы несущей или поднесущей частоты, предъ­являют высокие требования к линейности всех элементов тракта.