МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Факультет Базового телекоммуникационного образования

Направление (специальность) Радиотехника

Кафедра Технологии беспроводной связи

Дисциплина Введение в специальность

Реферат

Устройство и основные характеристики оптического волокна Оптоволоконные системы передачи информации

Руководитель доцент, к.т.н.

Выполнила студент группы РТ

Самара 2025

Содержание

Введение……………………………………………………………………..	3
1. История развития оптоволоконных технологий……………………	4
2. Устройство и принцип работы оптического волокна…………………	5
3. Основные характеристики оптического волокна ……………………	7
4. Оптоволоконные системы передачи информации ……………………	9
5. Применение и перспективы развития оптоволоконных технологий…	11
Заключение………………………………………………………………….	12
Список литературы…………………………………………………………	13

Введение

Оптоволоконные системы передачи информации представляют собой технологическую основу современной цифровой эпохи, играя ключевую роль в глобальных телекоммуникационных сетях. Их исключительная важность обусловлена уникальной способностью обеспечивать сверхвысокие скорости передачи данных на значительные расстояния с минимальными потерями сигнала. В условиях стремительного роста объема передаваемой информации и повсеместной цифровизации различных сфер человеческой деятельности, исследование принципов работы и характеристик оптических волокон приобретает особую актуальность.

Целью данного реферата является всестороннее изучение устройства и основных характеристик оптического волокна, а также анализ принципов построения оптоволоконных систем передачи информации. Особое внимание уделяется физическим основам работы оптических волокон, их ключевым параметрам и современным техническим решениям, используемым в телекоммуникационных системах.

Актуальность темы исследования обусловлена несколькими факторами. Во-первых, оптоволоконные технологии составляют основу инфраструктуры интернета и мобильной связи. Во-вторых, они обеспечивают функционирование критически важных систем - от банковских операций до дистанционного образования. В-третьих, постоянное совершенствование характеристик оптических волокон открывает новые возможности для развития технологий будущего, таких как квантовые коммуникации и интернет вещей.

История развития оптоволоконных технологий

В 1840-х ученые обнаружили, что свет можно передавать через изогнутые струи воды благодаря полному внутреннему отражению. В 1950-х появились первые гибкие световоды из стекла, но потери сигнала были слишком велики. В 1966 году Чарльз Као теоретически обосновал, что сверхчистое кварцевое стекло позволит передавать свет на километры. В 1970-м компания Corning создала первое практичное волокно с низкими потерями (17 дБ/км).

В 1977 году в США запустили первую городскую оптоволоконную линию (45 Мбит/с). В 1988-м проложили первый трансатлантический кабель TAT-8 (280 Мбит/с), заменивший медные аналоги.

Технология WDM позволила передавать несколько сигналов по одному волокну, увеличив скорость до 1 Гбит/с. В 2000-х внедрили DWDM, достигнув Тбитных скоростей.

Современные подводные кабели передают 200+ Тбит/с. Оптоволокно стало основой 5G и интернета, а в будущем может использоваться в квантовой связи.

Устройство и принцип работы оптического волокна

1. Конструкция

Оптическое волокно состоит из трех основных слоев:

1. Сердцевина (core) – центральная часть из кварцевого стекла с высоким показателем преломления (n1 ≈ 1.46-1.48).

2. Оболочка (cladding) – окружающий слой с меньшим показателем преломления (n2 ≈ 1.44-1.46).

3) Защитное покрытие – полимерный буфер (250-900 мкм) для механической защиты.

2. Физический принцип работы

Основан на полном внутреннем отражении:

• Свет, попадающий в сердцевину под углом больше критического (θc = arcsin(n2/n1)), отражается от границы раздела сердцевина/оболочка без потерь.

• Числовая апертура (NA = √(n1² - n2²)) определяет максимальный угол ввода света.

3. Типы волокон

• Одномодовое (SMF):

  • Диаметр сердцевины: 8-10 мкм

  • Передает одну моду света (LP01)

  • Низкая дисперсия, дальность до 100+ км

• Многомодовое (MMF):

  • Диаметр сердцевины: 50/62.5 мкм

  • Множество мод, но выше дисперсия

  • Дальность до 2 км (для 10 Гбит/с)

4. Ключевые параметры

• Затухание: 0.2 дБ/км (1550 нм)

• Дисперсия: 17 пс/(нм·км) для SMF

• Длина волны отсечки: ~1260 нм (переход в одномодовый режим)

Принцип передачи: Лазерный сигнал → Ввод в волокно → Распространение за счет отражений → Детектирование фотодиодом.