Оптические системы передачи

     Таблица 3 – Параметры оптического кабеля

 
 
 
 

2.1 Определение  длины регенерационного участка

2.1.1 Расчет затухания  световода 

       Важнейшими  параметрами световода является оптическое потери и соответственно затухание передаваемой энергии. Эти параметры определяют дальность связи по оптическому кабелю и его эффективность.

       Затухание световодных трактов обусловлено  собственными потерями волоконных световодах ( ) и дополнительными потерями, так называемыми кабельными  ( ),  обусловленными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля, т.е.

   

,   дБ

   Собственные потери волоконных световодов состоят  в первую очередь из потерь поглощения ( ) и потерь рассеивания ( ), т.е.

   

 ,   дБ

       Под кабельными потерями понимают потери энергии на макроизгибы и микроизгибы:

   

,  дБ

       Таким образом, полные потери в волоконном световоде составят:

   

,   дБ

       Затухание в результате поглощения связано  с потерями на диэлектрическую поляризацию  и существенно зависит от свойств  материала световода.

   

,   дБ/км,

           где   n₁ - показатель преломления сердечника  1.451;

                     - длина волны 1.310 мкм.;

                 tgd - тангенс угла диэлектрических потерь в   световоде 2.400×10^-12. 

   

,  дБ/км. 

       Затухание на рассеяние: 

   

,   дБ/км, 

             где   К=1.380×10 ^–23 Дж/К  - постоянная Больцмана;

        Т=1500 К - температура перехода  стекла в  твердую фазу;

                     c=8.100×10^-11 м²/Н - коэффициент сжимаемости;

                     =1.310×10^-6 - длина волны, м. 

, дБ/км. 

       Собственные потери волоконного световода: 

   

,  дБ/км. 

       Потери  на макроизгибы обусловлены скруткой волоконных световодов по геликоиде вдоль всего оптического кабеля и для ступенчатых стекловолокон рассчитываются по формуле: 

   

,   дБ/км, 

           где   а - радиус сердечника 4.150 мкм;

                 - относительная разность показателей преломления 3.226×10^-3;

                    d - диаметр скрутки 7.800 мм;

                    P – параметр устойчивости скрутки P = 28.  

       

, дБ/км. 

       Дополнительное  затухание за счет излучения при  микроизгибах для одномодовых световодов рассчитывается по формуле : 

   

,   дБ/км, 

где  k - коэффициент, зависящий от длины и амплитуды микроизгибов, k=11;

                 а - радиус сердечника стекловолокна  4.150 мкм;

                    b - диаметр оболочки 125 мкм;

                    - радиус поля моды, мкм.

          

   

, дБ/км, 

   

,    

   

,

   

,

       

 

       Кабельные потери в волоконном световоде: 

   

,         дБ/км. 

       Общее затухание:  

   

,    дБ/км. 
 

2.1.2 Дисперсия  оптического волокна 

       В световодах при передачи импульсных сигналов после прохождения некоторого расстояния импульсы искажаются, расширяются  и наступает момент, когда соседние импульсы перекрывают друг друга. Данное явление в теории световодов носит название дисперсии.

       Расширение  импульсов устанавливает предельные скорости передачи информации по световоду при импульсно-кодовой модуляции и при малых потерях ограничивают длину участка регенерации. Дисперсия ограничивает также пропускную способность волоконно-оптических систем передачи, которая предопределяет полосу частот, пропускаемую световодом, ширину линейного тракта и соответственно объем информации, который можно передать по оптическому кабелю.

       Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и появление спектра , существование большого числа мод N.

       Первая  называется хроматической (частотной) дисперсией, которая делится на материальную и волноводную. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны.

       Второй  вид дисперсии носит название модовой, которая, однако, в одномодовых  световодах отсутствует полностью.

       В одномодовых световодах проявляются  материальная и волноводная дисперсии, расчет которых производится по формулам:

                                   пс/км.

   

    пс/км.

где  =0.800 нм. - ширина спектра излучения источника, при использовании в качестве источника излучения полупроводникового инжекционного лазера;

                     - удельная дисперсия материала;

                   - удельная волноводная дисперсия.

       Производная рассчитывается по формуле:

   

       Коэффициент удельной материальной дисперсии рассчитывается по формуле: 

   

,   пс/(км×нм), 
 

           где  - длина волны 1.310 мкм;

                    с - скорость света, с=300000 км/с;

              =1.451 - показатель преломления сердечника;

                   A_i и I_i - коэффициенты выбираются в зависимости от состава стекла сердечника в соответствии с таблицей 3. 
 
 
 
 
 

   Таблица 4 – Значения коэффициентов А_i и I_i.

 

       Коэффициент удельной волноводной дисперсии  рассчитывается по формуле:

   

,   пс/(км×нм),

           где   мкм - длина волны;

                 - относительная разность показателей преломления.

, пс/(км×нм).

Выполним расчет материальной и волноводной дисперсий:

   

,   пс/км.

   

,    пс/км,

       Полное  уширение импульса за счет материальной и волноводной дисперсий, приходящееся на 1 км. оптической магистрали, определится:

   

, пс/км. 
 
 
 
 

2.1.3 Определение  длины регенерационного участка  по

              затуханию оптического кабеля 

       Исходя  из экономичности оптической магистрали и качества передачи информации, желательно, чтобы длина участка регенерации была максимальной.

       Длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры передачи и заданном качестве связи определяется характеристиками оптического кабеля: затуханием и дисперсией. Затухание лимитирует длину участка по потерям в тракте передачи. Дисперсия приводит к расширению импульсов, которое возрастает с увеличением длины линии, что приводит к повышению вероятности ошибки передаваемой информации.

       Уровень оптического сигнала с увеличением  расстояния от начала регенерационного участка изменяется в соответствии с формулой: 

   

,   дБ×м, 

где Р_пр.мин.= -55 дБ×м - минимально допустимая мощность на входе фотоприемника;

                Р_пер= 4 дБ× м - уровень мощности генератора излучения;

               =0.200 дБ - потери в разъемном соединении  (используются для подключения приемника и передатчика к оптическому кабелю);

        дБ, дБ - потери при вводе и выводе излучения из волокна;