ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ И ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН Параметры оптических кабелей параметры конструктивные; параметры, определяющие передаточные. - презентация

1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ И ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН Параметры оптических кабелей параметры конструктивные; параметры, определяющие передаточные и оптические характеристики кабеля; параметры, характеризуйте область применения, т.е. допустимые условия монтажа и эксплуатации с точки зрения механических, климатических и других воздействий.

2 Затухание оптического волокна определяет длину регенерационных участков (расстояние между регенераторами) в материале волокна ( м ) волноводными потерями ( в ), связанными с отклонениями реальной структуры световода от идеальной Потери в материале связаны с поглощением, ( П ) и рассеянием ( р ) передаваемого света веществом оптического волокна

3 Причинами волноводных потерь являются факторы, обусловленные процессами изготовления, как самого волокна, так и кабеля в целом Причинами потерь за счет поглощения света, в общем случае, является уменьшение энергии или интенсивности световой волны при её распространении в веществе вследствие перехода энергия электромагнитного поля волны в другие формы

4 В чистом стекле возможны два основных механизма поглощения световой энергии 1. из-за взаимодействия фотонов с колебательными уровнями молекул возникают полосы поглощения в инфракрасной области спектра, причём «фундаментальные» полосы такого поглощения лежат, как правило, выше 6 мкм. 2. из-за существования резкого порога поглощения, когда энергия фотонов становится достаточной для того, чтобы вызвать переход электронов на высокие уровни

5 Рассеянием света, в общем случае, называется отклонение световых лучей во все стороны от первоначального направления. Рассеяние света возникает в тех случаях, когда среда, в которой распространяется свет, является оптически неоднородной Потери на рассеяние вызываются температурными колебаниями и флуктуациями структуры стекла (Рэлеевское рассеяние), наличием небольших пузырьков и включений, сравнимых по размерам с длиной волны (рассеяние Ми), нелинейными эффектами спонтанного и стимулированного излучения (Рамановское и Бриллюновское рассеяния)

6 Рассеяние Рэлея – это потери в материале, вызванные рассеянием света из-за флуктуации плотности материала световода Для кварцевого стекла С R 0,6 [мкм 4 дБ/км] Рассеяние Ми имеет место на неоднородностях, сравнимых по порядку величины с длиной волны.

7 Нелинейное рассеяние Рамана Бриллюэна могут наблюдаться при относительно низких абсолютных уровнях мощности, порядка 1 Вт. Однако в системах передачи информация мощность на входе обычно не превышает 10 мВт и потери от нелинейных явлений можно не учитывать при очень высоких интенсивностях в тонких сердцевинах оптического волокна стимулированные рассеяния могут привести к сильному затуханию

8 Спектральная зависимость коэффициента затухания кварцевого одномодового световода 0,7 1,0 1,3 1,6, мкм ,0 0,5, дБ/км

9 Минимально достижимые значения коэффициента затухания, определяемые потерями на рассеяние, составляют: для =0,85мкм 1,35дБ/км; =1,3мкм 0,25дБ/км; =1,55мкм 0,12дБ/км. Средние значения коэффициента затухания: =0,85мкм 2дБ/км; =1,3 – 1,55мкм 0,5 – 0,2дБ/км.

10 Наиболее важными, c точки зрения поглощения, являются ионы металлов Си, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni и гидроксильная группа ОН – они имеют электронные переходы с энергиями, достаточно низкими для возбуждения фотонами в видимом свете или инфракрасной области

11 Потери на геометрических неоднородностях оптического волокна – это дополнительные потери из-за наличия макронеоднородностей и включений, которые создаются при изготовлении волокна, даже, если материал однороден, a также из-за геометрических неоднородностей поверхности раздела сердцевина-оболочка

12 В одномодовом волокне эти геометрические возмущения приводят к связи направляемых мод и мод излучения, и происходит потеря энергии В многомодовом волокне геометрические неоднородности в первую очередь связывают между собой различные моды сердцевины. При этом энергия не теряется, а перераспределяется между направленными модами. Поэтому на полное затухание этот эффект оказывает незначительное влияние, но может влиять на искажение сигналов

13 Потери на изгибах оптического волокна обусловлены преобразованием на них направляемых мод в моды излучения макроизгибымикроизгибы 2а 2b2b R из h

14 Дисперсия и полоса пропускания волоконного световода пропускная способность F - определяет полосу частот, пропускаемую световодом, и соответственно объём информации, который можно передавать по кабелю дисперсия – это рассеяние во времени спектральных или модо-вых составляющих оптического сигнала. Дисперсия приводит к увеличению длительности импульса при прохождении по кабелю ( ).

15

16

17 В недисперсионной среде групповая и фазовая скорости одинаковы В дисперсионной среде

18 В многомодовых оптических волокнах (MOB) мод >> х и поэтому дисперсия характеризуется модовой составляющей В одномодовых оптических волокнах (ООВ) мод =0 и поэтому дисперсия ООВ

19 Уширение импульса из-за модовой дисперсии для ступенчатого световода для градиентного световода

20 В ООВ для оценки уширения импульса

21 Зависимость дисперсии от (мкм) для ООВ без сохранения поляризации: а – обычные; б – со смещенной дисперсией; в – со смещенной выровненной дисперсией; 1 – суммарная; 2 – материальная; 3 – волновая дисперсия ,3 1, в ,3 1, б ,3 1, а

22

23 Взаимодействие мод и влияние его на характеристики передачи световода

24 Конструкции и материалы оптических волокон Многомодовые оптические волокна Профиль показателя преломления оптических волокон: а – ступенчатое; б – градиентное; в градиентное с осевым провалом; г – ООВ W типа; д – ООВ с треугольной сердцевиной и четырехслойной оболочкой 2а n2n2 n1n1 n1n1 n2n2 n2n2 n1n1 n2n2 n1n1 n3n3 2a aбвгд

25 Одномодовые оптическое волокно Дисперсия обусловлена тремя причинами -зависимостью групповой скорости моды от частоты (волновая дисперсия); -изменением показателя преломления материала с изменением частоты (дисперсия материала) -разбросом групповых скоростей отдельных мод в многомодовом режиме работы (межмодовая дисперсия)

26 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6, мкм Зависимость дисперсии и коэффициента затухания от для ООВ без сохранения поляризации: 1 – обычного; 2 – со смещенной дисперсией; 3 – с выровненной смещенной дисперсией; 4 – коэффициент затухания

27 Материалы и виды оптических волокон применяют стёкла и полимерные материалы -по виду окисла – стеклообразователя – силикатные, боратные, фосфатные, германатные, алюминатные, борсиликатные, алюмоборсиликатные и т.д.; - по содержанию щелочных окислов - безщелочные, малощелочные, многощелочные. стёкла

28 полимерные материалы требования к полимерным материалам, применяемым для изготовления волокон, являются: высокая прозрачность в видимом спектре частот, оптимальная механическая прочность и твёрдость. Для изготовления оптических волокон применяют стеклообразные органические высокомолекулярные полимеры: полиметилметакрилат и сополимеры, полистирол, поликарбонат, фторполимеры

29 Оптические характеристики градиентных многомодовых п одномодовых (без сохранения поляризации) волокон Характеристика Многомодовые (d с =50 мкм) Одномодовые Длина волны, мкм0,851,3 1,55 Коэффициент затухания, дБ/км 2,4 – 5,00,6 – 1,5 0,35 – 0,06 0,22 – 0,35 Коэффициент широкополосности, МГц км 200 – – Дисперсия--3 – 122,5 – 3,5 Длина волны отсечки, мкм -- 1,1 – 1,28 1,28

30 Геометрические характеристики многомодовых и одномодовых (без сохранения поляризации) волокон ХарактеристикаМногомодовые Одномодовые =1,33 мкм =1,55 мкм Диаметр сердцевины, мкм5062, Диаметр модового пятна, мкм ,0-8,3 Диаметр оптической оболочки, мкм Относительная несоосность оптической оболочки, % Некруглость сердцевины, % Некруглость оптической оболочки, % Числовая апертура0,230,290,260,290,30,09-0,11-

31 Геометрические размеры волокна с кварцевой сердцевиной и полимерной оптической оболочкой Характери- стика Величина Диаметр сердцевины, мкм Диаметр по оптической оболочке, мкм Несоосность сердцевины и оптической оболочки, мкм Диаметр ВЗП, мм 0,42 0,0 3 0,6 0,1 0,65 0,0 5 0,9 0,151,2 0,011,55 0,1 Несоосность сердцевины и ВЗП, мкм

32 Полимерные оптические световоды могут иметь следующие характеристики: 2b от 250 до 1000 мкм; NA=0,5 на длине волны 0,65 мкм; профиль – ступенчатый; коэффициент затухания для волокна с сердцевиной из полистирола и оптической оболочкой из полиметилметакрилата 55 дБ/км на =0,57 мкм и 114 дБ/км на =0,67 мкм. Для волокна с сердцевиной из полиметилметакрилата возможно снижение потерь до 9,1 дБ/км =0,68 мкм. Коэффициент затухания постоянен в диапазоне температур от -40 до +130°С.

33 Материалы и виды защитных покрытий оптических волокон Покрытие должно обеспечивать сохранность собственной прочности волокна путем защиты его поверхности от влаги, химических и механических повреждений, фильтрацию оболочечных мод и предотвратить возникновение дополнительных потерь на передачу, обусловленных микроизгибами