СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 7

1 Анализ литературных источников, описывающих текущее состояние исследований, обратных потерь в ВОЛС, как главного фактора появления многолучевой интерференции 11

2 Анализ явления многолучевой интерференции в оптическом волокне 14

3 Анализ вносимых потерь и их влияние на MPI и выходную мощность оптического сигнала 15

3.1 Обратные оптические потери 16

3.2 Конструкции оптических разъемных соединителей 17

3.3 Теоретическая оценка обратных отражений на разъемных соединениях и потерь в ОВ 20

4 Подготовка и проведение измерений MPI и выходной мощности оптического сигнала 22

4.1 Измеритель многолучевой интерференции MPI 22

4.2 Измерение MPI, выходной мощности оптического излучения и анализ результатов 23

5 Метрологическая обработка результатов измерений 28

5.1 Общая последовательность выполнения метрологической обработки результатов наблюдений 28

5.2 Проведение обработки результатов выходной мощности оптического излучения 36

6 Разработка онлайн калькулятора для получения значений MPI и выходной мощности на языке программирования JavaScript 47

6.1 Средства разработки онлайн калькулятора 47

6.2 Разработка онлайн калькулятора 49

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 56

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях развития телекоммуникаций важным является поддержание передачи информации на высоких скоростях с наименьшим количеством ошибок. Для этого необходимо внимательно оценивать все процессы, протекающие в среде передачи, и факторы влияния на передачу сигнала [1].

В распределенных оптических сетях, таких как пассивные оптические сети (PON), по факту наличия большого количества разъемных соединений, за счет отражений в месте стыка коннекторов и неидеальности характеристик реальных компонентов возникает многократное переотражение оптического сигнала. Также если в сети используется усиление Рамана, подобные отражения увеличиваются вдоль пути. Многолучевая интерференция (MPI) является одним из результатов подобных взаимодействий и становится одним из неблагоприятных факторов в работе сетей PON и усилительных системах [1].

Оптические линии связи успешно конкурируют с традиционными медными линиями и беспроводными технологиями. Именно оптическому волокну мы во многом обязаны резким увеличением объема и скорости передаваемой по всему миру информации за последние годы и, в частности, развитием Интернета. Более того, с каждым годом оптическое волокно становится все ближе к потребителю и осваивает все новые сферы применения [2].

Волокно-оптические линии связи (ВОЛС) помимо преимуществ имеют и некоторые недостатки. Волокно является довольно хрупким материалом (устанавливая кабель необходимо быть осторожным, так как при изгибе оно может сломаться). Для преобразования сигнала нужно иметь специальное оборудование. При разрыве, волокно практически не подлежит ремонту (как правило, менять приходится целый участок кабеля) [2].

Важность проведения исследования заключается в том, что в настоящее время уделяется мало внимания такому явлению MPI. Учитывая это в настоящее время широко используются усилительные оптические системы и пассивные оптические сети, данное явление имеет место быть.

Объектом исследования данной работы являются система, состоящая из оптической линий связи, созданная посредством оптических шнуров, соединенных коннекторами, измерителя многолучевой интерференции и выходного сигнала MPI-800, предметом исследования является многолучевая интерференция, факторы влияющие на ее величину и начальные условия ее возникновения.

Основной целью магистерской диссертации является оценка влияния количества разъемных соединений на величину MPI и выходной мощности, а также разработка онлайн калькулятора для получения значений многолучевой интерференции и мощности выходного сигнала при изменении входной мощности и количества разъемных соединений.

Для достижения поставленной цели решаются следующие исследовательские задачи:

• Изучение литературных источников, описывающих явление многолучевой интерференции, причины ее возникновения и способы устранения;

• Проведение измерений величины MPI при изменении количества разъемных соединений;

• Проведение измерений мощности выходного сигнала при изменении количества разъемных соединений и величины входной мощности;

• Метрологическая оценка полученных результатов;

• Разработка программного кода для онлайн калькулятора и графического интерфейса посредством JavaScript.

Выбор языка программирования JavaScript обусловлен тем, что это «безопасный» язык программирования общего назначения. Он не предоставляет низкоуровневых средств работы с памятью, процессором, так как изначально был ориентирован на браузеры, в которых это не требуется. Стоит отметить, что язык JavaScript совместим с любым современным программным обеспечением, что делает его широко применяемым языком при разработке веб-приложений. Также в языке предоставлена библиотека jQuery, которая фокусируется на взаимодействии JavaScript и HTML и позволяет создавать визуальные эффекты. Библиотека наполнена широким выбором математических функций, что облегчает разработку онлайн калькулятора.

В данной работе использовались одномодовые оптические волокна, в связи с их широким применением в пассивных оптических сетях.

Основой проведения исследования являются характеристики оптических волокон и современное оборудование для измерения многолучевой интерференции MPI-800.

Разработанная программа может найти широкое применение в учебном процесс для таких дисциплин, как «Оптические направляющие среды», «Метрология в оптических инфокоммуникационных системах», «Оптические цифровые телекоммуникационные системы».

Практическая ценность работы заключается в том, что онлайн калькулятор позволяет оценивать величину многолучевой интерференции и выходной оптической мощности в одномодовом волокне, не проводя при этом измерения, а также отследить начальные условия возникновения многолучевой интерференции. Для этого необходимо задать входные параметры и получить результат.

Магистерская диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложения.

В первом разделе проводиться анализ литературных источников, описывающих текущее состояние исследований многолучевой интерференции в одномодовых оптических волокнах и причины ее возникновения.

Второй раздел посвящен анализу явления MPI, возможные случаи ее появления, значимость и параметры классификации источников многолучевой интерференции.

В третьем разделе, состоящем из трех подразделов, приведен анализ вносимых потерь и их влияние на величину MPI, описываются конструкции разъемных соединений, а также производится теоретический расчет выходной и отраженной мощности для разного количества разъемных соединений.

Четвертый раздел состоит из двух подразделов и посвящен подготовке и проведению измерения многолучевой интерференции и выходной мощности оптического сигнала. Приводится описание измерительного прибора MPI-800.

В пятом разделе, состоящем из двух подразделов, приведена метрологическая оценка результатов измерений выходной мощности. Производится расчет абсолютной и относительной погрешностей, несмещенной оценки дисперсии, среднеквадратического отклонения и исключение результатов с грубыми погрешностями критерием Ирвина.

Шестой раздел состоит из двух подразделов и содержит описание используемых средств, с помощью которых производилась разработка онлайн калькулятора, к ним относятся язык программирования JavaScript, язык представления информации HTML, библиотека jQuery, и каскадные таблицы стилей CSS. Второй подраздел состоит из описания программного кода.

1. Анализ литературных источников, описывающих текущее состояние исследований, обратных потерь в ВОЛС, как главного фактора появления многолучевой интерференции

Сегодня оптическое волокно считают наиболее совершенной средой для передачи больших потоков данных на значительные расстояния. Благодаря физическим свойствам волоконной оптики, существует возможность передавать по оптоволоконному кабелю информацию с частотой, большей в 100 раз, чем у медного кабеля, а за счет мультиплексирования передача данных выполняется практически с неограниченной скоростью и идет сразу по нескольким каналам.

Стоит обратить внимание на одномодовые волокна, которые обладают рядом преимуществ, такие как лучшие характеристики по затуханию, лучшие характеристики по полосе пропускания и дальность передачи информации. Даже не смотря на очень высокую стоимость установки одномодовых систем, в настоящее время они обеспечивают самую высокую скорость передачи данных.

В связи с широким применением оптических линий связи для передачи данных появились задачи, связанные с устранением нежелательных эффектов, влияющих на качеством передаваемой информации.

К таким эффектам относятся отражения на неоднородностях в оптической линии, приводящие к появлению многолучевой интерференции.

Интерес к изучению возникновения отраженного сигнала в оптическом волокне нашел свое отражение в исследованиях российских и зарубежных авторов.

Кандидат физико-математических наук Мамедов Акиф Маил посвятил свою диссертацию теме исследования интерференционных эффектов при релеевском рассеянии излучения в оптических волокнах. В нем говорится, что когда длина когерентности лазерного излучения превышает ширину импульса света в волокне, то имеет место эффект когерентного рассеяния света, при этом суммируются амплитуды рассеянных волн и наблюдается эффект интерференции обратно-рассеянного в волокне излучения. Если волокно подвергается воздействию, то результат интерференции изменяется от импульса к импульсу. Важное замечание в работе то, что величина интерференционного сигнала имеет случайную природу, а следовательно не может быть вычислена теоретически [3].

Несмотря на то, что явлению многолучевой интерференции в оптическом волокне посвящено большое число работ, ряд вопросов до сих пор остается неисследованным. В частности, неясным остается вопрос о степени когерентности источника излучения [3].

Ряд ученых, таких как J. Laferriere, G. Lietaert, R. Taws, S. Wolszczak в своих работах подробно рассказывают об обратных вносимых потерях, которые являются причиной возникновения многолучевой интерференции [4].

Обратные оптические потери (ORL) представляют полную мощность света отражённую назад к источнику от оптического промежутка, включающего как обратно-рассеянный свет от волокна, так и отражённый свет от всех соединений и коннекторов. ORL, выраженный в децибелах, определён как логарифмическое отношение мощности падающей волны к отражённой в сторону источника мощности из волокна (формула 1.1):

(1.1)

где – это мощность входная (Вт)

– это мощность отражённого света (Вт)