Контрольные вопросы

1. В чем преимущество оптического диапазона для передачи информации перед радио- и СВЧ-диапазоном?

2. В чем недостатки первых открытых оптических линий связи и линий со световодами с дискретной коррекцией расходимости?

3. С чем связано возникновение волоконно-оптических систем связи?

4. История развития оптической связи.

5. Применение оптических линий связи.

6. Структура оптической линии связи.

7. Способы модуляции оптического излучения в системах передачи.

8. Способы приема оптического излучения в системах передачи.

9. Супергетеродинный прием оптических сигналов.

10. Преобразования аналогового сигнала в цифровой.

11. Временное разделение каналов.

12. Частотное разделение каналов.

13. Дуплексная связь.

14. Что включает в себя передающий модуль?

15. Что включает в себя приемный модуль?

16. Что включает в себя тракт передачи?

Лекция 12 волоконно-оптические системы передачи (часть 2)

12.1. Структура волоконного световода

Волоконно-оптические системы используют оптический кабель в качестве передающей среды. Основной элемент оптического кабеля – световод в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод (ВС), как правило, имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n₁ и n₂.

В олоконные световоды делятся на две группы: многомодовые и одномодовые. Первые подразделяются на ступенчатые и градиентные. У ступенчатых ВС показатель преломления в сердцевине постоянен и имеет резкий переход от n₁ сердцевины к n₂ оболочки. Градиентные ВС имеют непрерывное плавное изменение показателя преломления в сердцевине по радиусу световода от центра к периферии (рис.12.1).

Одномодовые и многомодовые ВС различаются диаметром сердцевины. В одномодовом световоде d   и по нему передается лишь один тип волны (мода). В многомодовом световоде d >  и по нему распространяется большое число волн. Сердцевина у одномодовых ВС - 6…8 мкм, у многомодовых - 50 мкм, диаметр оболочки - 125 мкм. Снаружи располагается двухслойное покрытие из полимера диаметром до 500 мкм.

В ступенчатом многомодовом световоде луч резко отражается от границы сердцевина – оболочка. При этом пути следования различных лучей различны и поэтому они приходят к концу линии со сдвигом во времени. Это приводит к искажению передаваемого сигнала (дисперсии). В градиентных световодах лучи распространяются по волнообразным траекториям и искажаются меньше. В наилучших условиях – одномодовая передача, так как распространяется один луч.

Передача волны по световоду осуществляется за счет многократных отражений от границы раздела сердцевины и оболочки с показателями преломления n₁ и n₂ .

По законам геометрической оптики на границе раздела сердцевина – оболочка будут находиться падающая волна AB с углом _п , отраженная BC с углом _о и преломленная BD с углом _пр (рис. 12.2). При переходе из оптически более плотной среды в менее плотную (при n₁ > n₂) волна при определенном угле падения полностью отражается от границы раздела сред. Угол _п = _в называется углом полного внутреннего отражения:

,

где ₁, ₁, ₂, ₂ - магнитные и диэлектрические проницаемости сердцевины и оболочки.

П ри критическом угле _п = _в волна распространяется вдоль границы раздела сердцевина – оболочка и не излучаются в окружающее пространство. При _п > _в волна полностью отражается и возвращается в исходную среду (сердцевину).

Т аким образом, световод пропускает свет, заключенный в пределах телесного угла _a, связанного с углом полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется апертурой (рис. 12.3).

Апертура – угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Обычно пользуются понятием числовой апертуры NA:

, (12.1)

где n₀ – показатель преломления воздуха, так как n₀ = 1, то

.