Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 2. Проектирование устройств на цифровых ИС (1987) (1092082), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Показатель преломления в них плавно уменьшается от центра сечения световода к периферии, вследствие чего свет не преломляется, а плавно изгибается, как бы обвивая оптическую ось (рис. 1.34). Так удается Техника монтакка скомпенсировать фазовые сдвиги составляющих и свести к минимуму дисперсию (1 — 5 нс/км). Многомодовые световоды, передающие и монохроматический (мода низшего порядка), и полихроматический свет (мода высшего порядка), по дисперсии (10 — 100 нс/км) и полосе рабочих частот (3,5 — 35 МГц) самые неблагоприятные. Многомодовые н градиентные световоды, у которых сердцевина имеет относительно большой диаметр, возбуждаются проще. Хуже в этом смысле обстоит дело с одномодовыми световодами с очень топкой сердцевиной.
Поэтому для облегчения эксплуатации одномодовые световоды часто выпускаются в виде жгутов. Эта же мера позволяет увеличить и светопередачу. Световоды в виде жгутов обладают еще одним достоинством: обрыв (поломка) одного волокна не нарушает передачу информации. Жгут обычно состоит пз 500, 2000, 4500 и 3000 тонких волокон. !.13. Рассеяние и поглощение света В наших рассуждениях выше мы молчаливо предполагали, что волоконно-оптические линии связи (световоды) состоят из иитеобразных волокон оптически чистого стекла или оптически чистой пластмассы. В действительности, однако, стекло всегда в той или иной степени оказывается загрязненным, что вызывает рассеяние и поглощение света. Эти же нежелатель ные эффекты могут возникнуть в результате разброса значениь показателя преломления.
Все это в конце концов приводит ь потере информации на волоконно-оптических линиях связи. От причин, вызывающих такие явления, по возможности еле дует избавляться. С этой целью постоянно ведется работа пс улучшению оптических волокон, в частности совершенствуется технология их изготовления. В соответствии со значением отношения диаметра светорассеивающей частицы к длине волны света различают три вида рассеяния: рефлексное (когда диаметр частицы значительно больше длины волны света), рассеяние по Ми (когда эти величины равны) и рэлеевское (когда диаметр частицы значительно меньше длины волны света).
Во всех трех случаях лучи света либо отражаются, либо отклоняются от своей траектории, а это всегда приводит к потерям информации. Чем чище оптическое волокно, тем меньше света отражается и рассеивается. Еще одно явление, которое может возникнуть при распространении света в волокне, — это возбуждение молекул среды за счет поглощения части энергии луча. Такие потери возникают на частотах спектра, близких к резонансным частотам молекул среды.
В этой связи говорят о линиях поглощения в Глава ! спектре оптических частот. Кривая зависимости затухания света в световоде от длины волны показана на рис. 1.35. Это связано с рзлеевским рассеянием; оно характеризуется появлением в спектре поглощения линий ионов воды (ионы ОН). Само собой понятно, что при выборе источников света для волоконно-оптической линии связи явление затухания всегда ло ооо уоо воо ооо Гооо тоо Длина болнлс нм Рис.
1.33 Зависимости затухания в световоде (кривая 1), эмиссии светодиода (кривая 2) и чувствительности фотодиода (кривая 3) от длины вол- ны света. должно приниматься в расчет, По возможности следует применять такие источники, свет от которых будет претерпевать минимальное затухание. Из приведенной кривой видно, что наименьшее затухание приходится на область длин волн от 850 до 900 нм.
Это как раз и есть диапазон излучения инфракрасных светодиодов (длина волны инфракрасного света 875 нм). 1.14. Качество световодов Качество световода характеризуется выраженным в децибелах значением затухания в световоде длиной 1 км: Затухание (дБ/км) = 10 1д — '*, М с<ссс СО<Р44 С СЧ4ΠѻѻССС С С ~- 4- 4- сс сс сс 4=1 « с С'4 СО СЧ О О О ОО СО СО 4'4 4 О »4 С«О ОО «: с: ооо о о Ос 4' С'С ! ( ( ( С\ О« О А « « О с с О С с, а Е 4 а а оо о о оо о СО »4 Сс о о Я О х-хх О сс О О Ю Ь СО С'4 СО сО »О юо 4 С'4 сО О СО О О,Ф оо С4«4 СО Ф х Ф ас ФФХ с.
с, с. а с а О «С сч СО юоо 4 \ Сс оо О О О О О о о о о О Ю 4О ся О сс Ю Ю «Ф « Ф «' Ф « Б Оь о »4 сс СО о ю о о сс С'4 сс О сс О «О С'4 сс С4 »4 Рс 4' «О Оь Ю сс Ю й з а' « М й «С Ю «О О Ь «4 О О СО О с'4 и « О О « Ф Р О 4« Я о О. с «4 О «4 с ° 4 с \ 4 «4 О з «4 О н с 4 х з с с с х Ф х « О .Ь О» ~ «Я «. Я Ь 4. О ««хл сс « « ОФ « ОХ д «4 Ф с О х эх О ОФ 4» Оса ас х О Ф Фис ы ОФО ОФФ ФОЬ ОСО с х ОФФ3 ОФ хсхс О Ф сх Ь Фо Ф.ХФ Х О ОЯФ Охс Ф О О -О Охх 44 ОФФХ о ФФФ о х Х СО ох СО О «С о Юсс О сО а Ф Ф а ах, с с СЧ СО СО СО О «О Ф О ФЬ Х О О "„со с О ах х О, О О Ф 4 4.4 С Л 4О 4О Ф ФОФ хсх х~' х х ~О~С, С С, ΠΠ— 4 -4- .а-с,- Ф Ю О« Ю Ф с с Ф Я О Ф «4 ох Я Ф 3 О с Ф ся с Ф 4 Глава 1 где тр'„ и В'.„„ соответственно мощность светового излучения на входе и выходе световода. Разумеется, для линий связи большой протяженности предпочтение должно отдаваться световодам с минимальным затуханием. По величине затухания легко сравнить волноводы, выпускаемые в продажу разными фирмами.
При выборе световода не следует упускать из виду зависимость частот передаваемых световых сигналов от свойств источника света (светодиода). В табл. 1.1 приведены технические данные световодов нескольких типов, в частности указаны значения затухания и длин волн света, на которых эти затухания возникают, полосы рабочих частот и значения числовой апертуры. Изгибы свето- Рис. 1.36. Изгибы свстоводов, вызывающие дополаительиые потери. вода значительно увеличивают затухание. Это понятно, так как на изгибах изменяются углы падения лучей света, что отрицательно влияет на режим светопередачи и приводит к изменению предельных углов преломления лучей в световоде.
Появляется дополнительное рассеяние света, вследствие чего увеличивается затухание. Поэтому и при хранении, и при прокладке световодов на линиях связи их следует слегка натягивать (рис. 1.3б). Укладка должна быть по возможности свободной и без принудительных изгибов. Многожильные световоды для механической прочности усиливаются стальным (армирующим) элементом, Некоторые многожильные световоды имеют медные провода, по которым на длинных линиях связи передается напряжение питания на промежуточные усилители. Во избежание взаимных помех каждое оптическое волокно в световоде экранируется. Если же какой-то участок волокна остается неэкранированным, то необходимо принять дополнительные меры, чтобы свет от него не проник в соседнее волокно.
Для этого на волокна наносятся светопоглощающие покрытия. 1.15. Стекло или пластмасса? Как упоминалось выше, оптическое волокно можно делать из стекла, пластмассы или даже нз смеси этих двух веществ. В технической литературе на английском языке стеклянные волокна имеют общее название «силика». Это волокна нз окиси кремния с ббльшим или меньшим содержанием примесей. Техника монтажа Разумеется, и стекло, и пластмасса имеют специфические достоинства и недостатки. При современном уровне технологии волокна из пластмассы легче поддаются обработке, поэтому их производство дешевле.
Однако продолжающееся совершенствование технологии производства стекла в будущем ликвидирует или сгладит это различие, н волокна нз стекла станут дешевле пластмассовых. Пластмассовые волокна изготавливаются методом экструзии, широко распространенным в технологии производства медных изолированных проводов. Стеклянные волокна можно также получать этим методом, но для стекла требуется значительно более высокая температура плавления. Исходным сырьем для изготовления волокон служит оптически чистое стекло со строго нормированными примесями. Технология получения оптически чистого стекла до сих пор остается очень сложной, а сырье в очень дорогим.
Однако в будущем ситуация должна измениться. Стекло получают из двуокиси кремния, запасы которой практически неисчерпаемы. Как уже упоминалось, недостатком стекла как материала для оптических волокон является сложная технология его обработки, в частности точная обработка торцов нити, к которым должны присоединяться другие электронно-оптическне устройства. Торцы должны быть срезаны строго перпендикулярно оси световода и их поверхность должна быть отполирована до зеркальности. Только эти меры позволяют избежать дополнительных затуханий на стыках волокон и в местах соединения с входными и выходными устройствами линии связи.
Обработка пластмасс значительно проще. Торцы пластмассовых волокон получаются чистыми и гладкими сразу после операции среза, поэтому дополнительные потери па стыках меньше, чем у стеклянных волокон. Однако пластмасса размягчается уже при температуре 85 †100 'С, тогда как стекло допускает температуры до 540'С. Пластмассовые волокна в виде многожильного жгута часто используются для передачи изображения, например в медицине при анатомических исследованиях внутренних органов человека (эндоскопия) и в системах промышленного телевидения, где они позволяют следить за технологическими процессами на расстоянии.
В таких системах каждое волокно многожильного жгута передает фрагмент изображения. Изображение на выходе световода имеет практически такую же. четкость, как на входе. Для использования волоконной оптики в этой области требуются гибкие волокна, поэтому пластмасса здесь предпочтительнее. В отличие от стекла пластмассы слабоустойчивы к агрессивным воздействиям органических растворителей, они быстрее. стареют под действием облучения и приобретают пористость„ во Глава 1 ~ъ ~ о гул ~'дул лз Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
