Характеристики оптических волокон и их составляющих Выполнил студент

Характеристики оптических волокон и их составляющих Выполнил студент гр. ИТ 341 Казловский Андрей Валерьевич

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ РАЗНОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ Волокно состоит из сердцевины и оболочки. Оболочка окружает оптически более плотную сердцевину, являющуюся светонесущей частью волокна. Одним из важнейших параметров, который характеризует волокно как передающую среду, является относительная разность Δ показателей преломления сердцевины и оболочки: Δ=(n 1²-n 2²)/2 n 1². Если показатель преломления оболочки выбирается обычно постоянной величиной, то показатель преломления сердцевины в общем случае может зависеть от радиуса. В этом случае для проведения различных оценок параметров волокна вместо n 1 используют nэфф.

ЗАТУХАНИЕ Затухание потеря мощности оптического сигнала при его распространении по оптоволокну. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого в волокне сигнала, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повторителями. На затухание света в волокне влияют такие факторы, как: § потери на поглощение; § потери на рассеяние; § кабельные потери. Полное затухание в волокне, измеряемое в д. Б/км, определяется в виде суммы: α=αсоб+αкаб=αпогл+αрас+αкаб

ДИСПЕРСИЯ Импульсы света, последовательность которых определяет информационный поток, при распространении по волокну расплываются. Расплывание импульса приводит к перекрыванию крыльев соседних импульсов. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение приёме. Вследствие этого импульсы трудно отличить один от другого, а заключенная в них информация теряется. Дисперсия это расплывание светового импульса по мере его движения по оптическому волокну. Дисперсия ограничивает ширину полосы пропускания и информационную емкость кабеля. Уменьшение дисперсии приводит к увеличению полосы пропускания. Наличие дисперсии объясняется основными факторами: тремя Различными скоростями распространения направляемых мод в волокне (межмодовая дисперсия τмод). Различными направляющими свойствами световодной структуры (волноводная дисперсия τвол). Зависимостью свойств материала оптического волокна от длины волны (материальная дисперсия τмат).

числовая апертура Числовая апертура NA связана с максимальным углом ΘA (апертурный угол) ввода излучения из свободного пространства в волокно, при котором свет ещё испытывает полное внутреннее отражение и распространяется по волокну. Определяется выражением: NA = sin ΘA. Если имеются два волокна с одним и тем же диаметром сердечника, но с различными числовыми апертурами, волокно с большей апертурой будет принимать больше световой энергии от источника света, чем волокно с меньшей апертурой. Оптические волокна с большими апертурами или диаметрами принимают больше света, чем волокна с меньшими апертурами или диаметрами. Волокна с большими апертурами и диаметрами больше подходят для недорогих передатчиков, таких, как светодиоды, которые не способны концентрировать выходную энергию в узкий когерентный пучок (как лазеры) и излучают под большим углом. Однако недостатком волокна с такими параметрами является снижение полосы пропускания волоконной передачи. С другой стороны, волокно с меньшей апертурой или диаметром будет иметь большую полосу пропускания. Недостатком же в этом случае является необходимость в более дорогих источниках света (лазерах), предоставляющих более узкие пучки света, и в более точном выравнивании передатчика и сердцевины.

НЕЛИНЕЙНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ С появлением оптических усилителей нелинейные эффекты в оптических волокнах стали одним из основных факторов, ограничивающих ретрансляционного участка волоконных линий передачи и их пропускную способность. С ростом емкости ВОСП очевидна тенденция увеличения мощности сигнала. А нелинейные эффекты проявляются, как известно, только при достаточно больших мощностях света. При малых мощностях взаимодействие света со средой пропорционально первой степени от мощности света, т. е. представляет собой линейный эффект. Хорошим примером линейного эффекта является поглощение света в волокне: количество поглощенной мощности прямо пропорционально мощности света распространяющейся в волокне. Нелинейные же эффекты пропорциональны более высоким степеням от мощности света, и их вклад быстро увеличивается с ростом мощности. Оптические волокна обладают двумя специфическими свойствами, которые обуславливают высокую эффективность протекания в них нелинейных процессов. Во первых, свет сконцентрирован на малой площади вблизи сердцевины волокна. Во вторых, такая высокая концентрация света сохраняется на всей многокилометровой длине волокна.

ФАЗОВАЯ САМОМОДУЛЯЦИЯ Эффекты ухудшения передачи Когда выходной уровень источника света становится слишком большим, сигнал может модулировать свою собственную фазу. Это явление является фазовой самомодуляцией (SPM). Это приводит к уширению переданного импульса и временному расширению или сужению сигнала. Что происходит, расширение или сужение, зависит от знака (положительного или отрицательного) хроматической дисперсии. В результате происходит сдвиг фронта импульса в сторону длинных волн и сдвиг среза импульса в сторону коротких волн. Как можно ожидать, фазовая самомодуляция увеличивается с увеличением передаваемой мощности. Ее действие становится более деструктивным, как только увеличивается скорость передачи в канале и время нарастания импульса становится короче. На SPM не оказывает существенного влияния уменьшение шага между каналами в системах WDM или увеличение числа каналов. Влияние фазовой самомодуляции уменьшается, если хроматическая дисперсия нулевая или небольшая по величине, или при увеличении площади эффективной области оптоволокна. В общем случае влияние SPM значительно только в системах с высоким значением накопленной дисперсии или в системах очень большой протяженности. Оптоволоконные системы, имеющие ограниченную накопленную дисперсию, могут не вызывать эффектов, характерных для SPM. В системах WDM с очень малым шагом между каналами, спектральное уширение, вносимое действием SPM, может также вызвать интерференцию между соседними каналами.

ЧЕТЫРЕХВОЛНОВОЕ СМЕШЕНИЕ Четырехволновое смешение (FWM Four Wave Mixing) приводит к появлению новых частот, часть из них попадает в каналы DWDM системы и вызывает перекрестные помехи. Для появления новых частот достаточно, чтобы в нелинейном взаимодействии участвовали по крайней мере две световые волны с близкими частотами (f 1 и f 2). Тогда появившиеся при нелинейном взаимодействии частоты (2 f 1 – f 2 и 2 f 2 – f 1) будут близки к исходным. Нелинейный процесс четырехволнового смешения по своей природе близок к комбинационному рассеянию и также является широкополосным. В волоконно оптических системах передачи степень влияния ЧВС на качественные характеристики связи сильно зависит от дисперсионных свойств волокна. Это влияние проявляется в виде дополнительных перекрестных помех, в ВОСП со спектральным уплотнением, а также в виде межсимвольных помех при высоких скоростях передачи. Этот вид помех может иметь место и в одноволновых ВОСП. Наибольшее паразитное влияние ЧВС оказывает в системах передачи, в которых оптиче скийтракт основан на одномодовом волокне со смещенной нулевой дисперсией (Рек. МСЭ Т G. 653) DSF, практически не влияет при одномодовом стандартном волокне SMF (G. 652). Анализ этих результатов показывает, что в случае волокна G. 653 помехи от ЧВС практически неприемлемы, для волокна G. 652 они практически отсутствуют.