Варианты заданий для решения задачи 1

Необходимо определить уровень оптического сигнала определенной мощности. Исходные данные с разбивкой по вариантам заданий приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Варианты заданий

N	28
P, мкВт	3

Решение задачи

Требуется найти уровень оптического сигнала с мощностью Р₂ = 3 мкВт.

Для решения также воспользуемся формулой (1). Однако, ее непосредственное применение невозможно из-за того, что числитель и знаменатель отношения под логарифмом имеют различную размерность. Для устранения этого препятствия переведем мощность сигнала в мВт, то есть в дальнейшем считаем, что Р₂ = 0,003 Вт. Тогда соответствующие вычисления по формуле (1) дают

.

Замечание. Мощности сигналов примера 1 и примера 2 отличаются в десять раз. Соответственно, с учетом формулы (2) уровень второго сигнала относительно первого составит

.

Поэтому уровень сигнала в точке 2 можно найти другим эквивалентным способом в результате выполнения следующей выкладки

.

Задача 2. Определение критической длины волны волоконного световода Краткие теоретические сведения

Как известно, волоконный световод представляет собой диэлектрический волновод с круглым поперечным сечением, в конструкции которого можно выдели сердцевину и окружающую ее оболочку, рис. 2. Показатель n₁ преломления материала сердцевины выбирают выше показателя n₂ преломления оболочки, что позволяет сформировать по меньшей мере одну направляемую моду. Иначе говоря, сердцевина волоконного световода изготавливается из оптически более плотного стекла, чем оболочка. Технологически это достигается применением различных добавок в процессе формирования волоконной заготовки.

Рисунок 2 – Конструкция волоконного световода

При распространении электромагнитной энергии по волоконному световоду основная её часть находится внутри сердцевины, а большая или меньшая часть все же попадает в оболочку, где затухает по экспоненциальному закону. Обычно параметры показателя преломления сердцевины и оболочки подбирают таким образом, чтобы электромагнитное поле концентрировалось внутри сердцевины. Это легко достигается в многомодовых волокнах, однако данного эффекта заметно сложнее добиться в одномодовых световодах.

Степень перераспределения поля зависит от длины волны, причем на определенной длине волны направляющий эффект волоконного световода перестает выполняться и свет излучается в окружающее пространство. Длина волны, на которой происходит это нежелательное явление, называется длиной волны отсечки.

Для определения длины волны отсечки стандартных одномодовых волокон c диаметром d сердцевины можно воспользоваться следующим соотношением

(8)

При длине волны свыше длины отсечки, т.е. при волоконный световод функционирует в одномодовом режиме.

Из выражения (8) прямо вытекает, что условие одномодовой передачи определяется исключительно оптическими свойствами сердцевины и оболочки и соотношением рабочей длины волны и диметра сердцевины. Диаметр оболочки не входит в перечень этих параметров. Иначе говоря, оболочка служит исключительно для обеспечения нормального функционирования сердцевины как направляющей системы электромагнитных колебаний оптического диапазона длин волн.

Варианты заданий для решения задачи 2

Необходимо определить длину волны отсечки одномодового световода с заданными оптическими свойствами сердцевины и оболочки, а также с определенным диаметром d. Исходные данные с разбивкой по вариантам заданий приведены в табл. 2.

Таблица 2 – Варианты заданий

N	28
	1,516
	1,52
	10

Решение задачи

Необходимо определить длину волны отсечки одномодового световода со следующими оптическими параметрами сердцевины и оболочки: n₁ = 1,526 и n₂ = 1,52, соответственно, при диаметре сердцевины d = 11 мкм.

Для решения задачи воспользуемся соотношением (8). Подстановка в эту формулу численных значений дает

Задача 3. Определение затухания кабельного тракта волоконно-оптической системы передачи

Краткие теоретические сведения

Кабельный тракт волоконно-оптической системы передачи обеспечивает доставку оптического сигнала от разъема до разъема активного оборудования. Иными словами, производит передачу от выхода излучателя передатчика до окна фотодиода приемника. При этом выдвигается требование внесения в передаваемый сигнал минимального затухания и дисперсионных искажений. Кабельный тракт образован рядом последовательно соединенных кабельных изделий, причем само соединение может быть выполнено как разъемными, так и неразъемными соединителями (сростками). Разъемные соединители применяются в местах подключения аппаратуры, неразъемные сростки формируются методом сварки и используются при сборке оконечных кроссов и промежуточных муфт (для сращивания отдельных строительных длин оптического кабеля).

Для получения неразъемных сростков могут быть использованы также так называемые механические сплайсы, но область их применения обычно ограничена различными временными связями в процессе восстановления нормального функционирования линии после аварии. При переходе на постоянную схему их заменяют сварными сростками, которые обеспечивают меньшие потери. С учетом этой особенности механические сплайсы в дальнейшем не рассматриваются.

Дополнительные потери оптического сигнала происходят также в точке его ввода в волоконный световод на передающем конце, а также на выводе на фотодиод на приеме. Для упрощения выполнения инженерных расчетов принимается во внимание то, что

• В технических данных аппаратуры нормируется не уровень мощности на выходе излучателя передатчика, а мощность, вводимая от него в волоконный световод, что позволяет отказаться от отдельного учета потерь ввода;

• за счет большой площади окна и светочувствительной площадки фотодиода приемника считается, что потери вывода пренебрежимо малы.

Данные упрощения позволяют применять для расчета выражение (5), которое модифицируется следующим образом

, (9)

В данном случае приняты следующие обозначения

коэффициент затухания волоконно-оптического кабеля на рабочей длине волны ;

L – полная протяженность тракта, км;

А_р – затухание в разъеме;

n – количество разъемов в тракте;

А_с – затухание неразъемного сростка;

m – количество неразъемный сростков в тракте.

В процессе расчетов по выражению (9) учитываются две основные особенности

• длину оконечных шнуров для подключения аппаратуры к кабельному тракту, а также промежуточных шнуров для соединения панелей оптических кроссов между собой в процессе формирования составного тракта можно не учитывать: сказывается малость их общей длины относительно общей протяженности тракта;

• аппаратурные разъемы не учитываются при определении фактических величин расчетных параметров n и m.