Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Н.И. Горлов

А.В. Микиденко

Е.А. Минина

ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ И ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ВОСП

Учебное пособие

Рекомендовано УМО по образованию в области связи в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальностям 200900 и 201000

Новосибирск

2003

УДК 621.372.8

Д.т.н., проф. Н.И. Горлов

А.В. Микиденко

Е.А. Минина

ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ И

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ВОСП

Излагаются принципы распространения световых сигналов по волоконным световодам, конструкции оптических кабелей связи, передаточные характеристики и методы их измерения, а также расчет длины участка регенерации. Особое внимание уделено описанию принципов действия, основных параметров и конструктивных особенностей пассивных компонентов ВОСП: соединителей, вентилей, устройств ввода и вывода, аттенюаторов, разветвителей, кросс-коммутаторов и соединительных муфт. В приложениях приведены справочные расчетные формулы и практически полезный материал по отечественным оптическим кабелям связи.

Учебное пособие предназначено для студентов старших курсов, обучающихся по специальностям 200900 и 201000.

Кафедра «Линии связи»

Рисунков - 62, таблиц –33, список литературы – 25 названий.

Рецензенты: д.т.н., проф. В.А. Майстренко и к.т.н., проф. С.Н. Шарангович.

Утверждено УМО в качестве учебного пособия.

(протокол №23 от 20.06.2002)

 Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики, 2003 г.

Оглавление

Список ИСПОЛЬЗУЕМых сокращений 7

Список используемых обозначений 10

ВВЕДЕНИЕ 13

1 Общие сведения о волоконно-оптической связи 14

1.1 История развития волоконной оптики 14

1.2 Структура волоконно-оптической системы передачи 19

1.3 Производство оптических кабелей в России и за рубежом 21

1.4 Преимущества и недостатки использования оптических волокон в системах связи 23

Контрольные вопросы 24

2 Физические основы передачи электромагнитной энергии по оптическим волокнам 26

2.1 Отражение и преломление света на границе раздела двух диэлектрических сред 26

2.2 Полное внутреннее отражение 27

2.3 Числовая апертура 28

2.4 Частотное и пространственное изменения показателя преломления 29

2.5 Оптические волокна со ступенчатым профилем показателя преломления 33

2.6 Оптические волокна с градиентным профилем показателя преломления 35

2.7 Многоступенчатый профиль показателя преломления 37

Контрольные вопросы 38

3 Основные положения волновой теории передачи света по оптическим волокнам 40

3.1 Основные понятия 40

3.2 Волновой анализ распространения оптических сигналов 42

3.3 Нормированная и критическая частота 44

3.4 Число направляемых мод и длина волны отсечки 47

3.5 Диаметр модового поля 48

Контрольные вопросы 48

4 Затухания в оптических кабелях и методы их измерения 50

4.1 Общая функция и классификация затуханий в оптических кабелях 50

4.2 Собственные затухания 52

4.2.1 Затухания из-за поглощения энергии в материале оптического волокна 53

4.2.2 Затухания из-за Рэлеевского рассеяния света 54

4.3 Дополнительные кабельные затухания 56

4.4 Методы измерения затухания 57

4.4.1 Методы светопропускания 57

4.4.2 Метод обратного рассеяния 58

Контрольные вопросы 61

5 Дисперсия и методы ее измерения 62

5.1 Определение и виды дисперсии 62

5.2 Модовая дисперсия 64

5.3 Хроматическая (частотная) дисперсия 67

5.3.1 Материальная дисперсия 67

5.3.2 Волноводная (внутримодовая) дисперсия 70

5.3.3 Профильная дисперсия 71

5.4 Поляризационная модовая дисперсия 73

5.5 Полоса пропускания оптического волокна 74

5.6 Измерение полосы пропускания и дисперсии оптических волокон 76

Контрольные вопросы 80

6 Расчет длины регенерационного участка ВОСП 81

6.1 Основные расчетные соотношения 81

6.2 Анализ результатов расчета 82

Контрольные вопросы: 83

7 КЛАССИФИКАЦИЯ ОТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ И ПРИНЦИПЫ ИХ маркировКИ 87

7.1 Классификация оптических кобелей 87

7.2 Технические требования к оптическим кабелям связи 90

7.3 Маркировка оптических кабелей 93

7.4 Конструкции волоконно-оптических кабелей 97

Контрольные вопросы 102

8 РАЗЪЕМНЫЕ И НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 103

8.1 Назначение, классификация соединений и основные требования к ним 103

8.2 Разъемные соединители 104

8.3 Сварные соединения оптических волокон 117

8.4 Оборудование для сварки оптических волокон 119

Контрольные вопросы 120

9 УСТРОЙСТВА ВВОДА ИЗЛУЧЕНИЯ В ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО И ВЫВОДА ИЗ НЕГО 122

9.1 Общее положение 122

9.2 Эффективность соединения источников излучения со ступенчатым и градиентным многомодовым волокном 123

9.3 Эффективность соединения лазерного диода с одномодовым волокном 125

9.4 Конструктивные исполнения устройств ввода и вывода оптического сигнала 127

Контрольные вопросы 130

10 ОПТИЧЕСКИЕ ВЕНТИЛИ 131

10.1 Назначение и классификация оптических вентилей 131

10.2 Принципы построения оптических вентилей 133

10.3 Технические параметры оптических вентилей 136

Контрольные вопросы 137

11 ОПТИЧЕСКИЕ АТТЕНЮАТОРЫ 139

11.1 Определение и назначение оптических аттенюаторов 139

11.2 Фиксированные оптические аттенюаторы 140

11.3 Перестраиваемые оптические аттенюаторы 141

Контрольные вопросы 143

12 ОПТИЧЕСКИЕ РАЗВЕТВИТЕЛИ 144

12.1 Назначение и типы оптических разветвителей 144

12.2 Неселективные оптические разветвители 145

12.3 Конструкции и технологии изготовления неселективных разветвителей 149

12.4 Селективные оптические разветвители 153

Контрольные вопросы 162

13 ОПТИЧЕСКИЕ КРОСС-КОММУТАТОРЫ 163

13.1 Назначение и классификация оптических коммутаторов 163

13.2 Механические оптические коммутаторы 165

13.3 Электрооптические коммутаторы 168

13.4 Термооптические коммутаторы 170

13.5 Оптоэлектронные коммутаторы на основе полупроводниковых оптических усилителей 171

13.6 Логика, топология и особенности построения многокаскадных оптических коммутаторов 172

Контрольные вопросы 174