Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Развитие волоконно-оптических линий связи. Учебное пособие для СПО
.pdf
41
, (3.2)
4/
2
wА
эф
=
эф
вз
А
l =
R
эф
взпороговаяR
g
AlР
16
. (3.3)
Данные расчеты показывают, что при работе источника с внешним
модулятором пороговая мощность будет приблизительно равна 3 мВт, при
работе источника с внутренней модуляцией пороговая мощность будет около
200 мВт. Но пороговая мощность также зависит от параметров самого
световода. В световодах с большим собственным затуханием пороговое
значение мощности световой волны увеличивается.
Ниже приведены основные последствия, вызванные рассеянием
Бриллюэна:
− эффект снижения полезной мощности;
− увеличивается вероятность возникновения ошибки.
Процессы, возникающие за счет рассеяния Рамана, представлены на
рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Рассеяние Рамана
Пороговая мощность определяется формулой 3.4.
. (3.4)
При передаче световой волны на длине 1550 нм с учетом коэффициента
усиления эффекта Рамана и длиной взаимодействия, равной 20 км, пороговая
42
мощность около 0,8 Вт. Таким образом, эффект Рамана характеризуется
Спектр спонтанного
излучения
Пороговая
мощность
Вид рассеяния
SBS
Узкий
Смещен на
0,088 нм
Ограничивает
мощность
излучения
Рассеяние назад
SRS
Широкий
Смещен на
100 нм
Не ограничивает
мощность
излучения
Наблюдается для встречных
и сонаправленных волн
эф
нлнл
A
P
nntInnn +=+= )(
взвз
эф
нSPM
LPL
A
P
n ==
2
большей пороговой мощностью, чем эффект Бриллюэна.
В таблице 3.1 приведено сравнение эффекта Бриллюэна и эффекта
Рамана.
Таблица 3.1 – Сравнение эффектов рассеяния
Оптическим эффектом Керра называется изменение состояния
поляризации слабого сигнала при прохождении через диэлектрик, в котором
мощное излучение накачки наводит двулучепреломление. Полный
коэффициент преломления состоит из суммы коэффициентов преломления в
линейной и в нелинейной областях.
где nл ≈1,46;
nн ≈ (2,2…4)·10
-20 м2
/Вт при λ = 1550 нм.
Величина нелинейного коэффициента зависит от
− длины волны света,
− состава, концентрации и поперечного распределения легирующих
примесей,
− длительности импульса.
Фазовая самомодуляция волн (SPM), обусловленная эффектом Керра,
обусловлена следующими факторами:
− высокой скоростью передачи (выше 2,5 Гбит/с);
− малой длительностью импульса (200-400 пс);
− достаточно высокая мощность световой волны (8-10 мВт).
Явление фазовой самомодуляции волн можно оценить с помощью
формулы 3.6.
, (3.5)
где γ – коэффициент нелинейности.
, (3.6)
43
. (3.7)
G.655
A B C D E
α, дБ/км
(λ=1550 нм)
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
d
МП,
мкм
(λ=1550 нм)
8,0-11,0+0,7
λ
отс,
нм
1450
D,
пс/нм·км
1460-
1625 нм
0,1-6
1-10
1-10
2,6-6,0
2,6-6.0
1530-
1565 нм
4.0 – 8,9
4,0-8,9
1565-
1625 нм
Т, пс/√км
0,5
0,5
0,2
0,2
0,2
==
кмВтА
n
tIn
эф
н
н
12
)(
2
Рисунок 3.4 – Зависимость коэффициента нелинейности от площади
модового поля
Зависимость, приведенная на рисунке 3.4, показывает, что для
уменьшения нелинейных эффектов при распространении по световоду
высокоинтенсивной волны требуется увеличивать диаметр модового поля, т.е.
передавать по одномодовым световодам с большим диаметром модового поля.
Четырехволновое смешение (микширование) проявляется в системах с
волновым уплотнением. В результате данного явления формируются
дополнительные несущие, приводящие к увеличению коэффициента ошибок.
Для устранения данного явления в системах уплотнения передача
осуществляется по световодам стандарта G.652, модификации D и по
световодам стандарта G.655 и G.656.
Основные характеристики световода стандарта G.655 приведены в
таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Основные характеристики световода стандарта G.655
44
Согласно МЭК введены следующие обозначения световодов: G.655 C,
155014606.4)1460(
90
68.4
)(0.1)1460(
90
6.2
+−+−
D
1625155028.9)1550(
75
72.4
)(6.3)1550(
75
98.0
+−+−
D
1550146029.3)1460(
90
91.2
)(2.4)1460(
90
7
+−−−
D
1625155031.9)1550(
75
12.4
)(64.0)1550(
75
97.2
+−+−
D
1550146066.4)1460(
90
65.4
)(64.0)1460(
90
2.5
+−+−
D
1625155031.9)1550(
75
12.4
)(06.6)1550(
75
3.3
+−+−
D
мкмd
МП
117−=
кмдБ /4.0
1460
=
кмдБ /3.0
1550
=
155014606.4)1460(
90
68.4
)(0.1)1460(
90
6.2
+−+−
D
1625155028.9)1550(
75
72.4
)(6.3)1550(
75
98.0
+−+−
D
D, E – B.4_c; B.4_d; B.4_e соответственно.
Коэффициент дисперсионных искажений для световода B.4_c,
согласно МЭК, находится в следующих диапазонах:
, (3.8)
. . (3.9)
Коэффициент дисперсионных искажений для световода B.4_d,
согласно МЭК, находится в следующих диапазонах:
, (3.10)
.(3.11)
Коэффициент дисперсионных искажений для световода B.4_е,
согласно МЭК, находится в следующих диапазонах:
, (3.12)
. (3.13)
Световод стандарта G.656 (В.5) характеризуется следующими
параметрами:
,
,
.
Коэффициент дисперсионных искажений для световода B.5, согласно
МЭК, находится в следующих диапазонах:
, (3.14)
. (3.15)
45
4. Дополнительные потери при соединении и изгибе оптических
световодов
Упрощенная схема элементарно-кабельного участка приведена на
рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Упрощенная схема элементарно-кабельного участка
При формировании оптического тракта необходимо осуществлять
соединение оптических волокон между собой и с аппаратурой. Различают два
основных вида соединения:
− разъемные соединения;
− неразъемные соединения.
Для реализации разъемного соединения используются коннекторы
различных типов, а неразъемные соединения реализуются с помощью
механических и сварных соединений. Основные требования, предъявляемые к
любым видам соединений, являются:
− низкие потери;
− простота установки;
− надежность;
− регламентируемость характеристик;
− экономичность.
Дополнительные требования к разъемным соединителям:
− концентричность ОВ;
− эффективная защита от влаги и пыли;
− долговечность соединения;
− минимальные потери в точке соединения;
− механическая прочность соединения;
− многократное соединение и разъединение при постоянстве вносимых
потерь.
Причины возникновения потерь при соединении:
− внутренняя, или связанная с нестабильностью параметров самого
волокна;
− внешняя, связанная непосредственно с соединителем;
− системный фактор, отражающий параметры системы в целом.
46
2
2
1
lg10
=
d
d
a
d
−
=
2
1
2
2
2
1
lg10
NA
NANA
a
NA
2
2
2
1
21
2
lg20
ww
ww
a
w
+
=
Причины, приводящие к внутренним потерям:
− вариации диаметра сердечника;
− рассогласование апертуры;
− рассогласование профиля показателя преломления;
− некруглость сердечника;
− неконцентричность сердечника и оболочки.
Внутренние потери в многомодовых волокнах зависят от направления
передачи света, в одномодовых волокнах потери не зависят от направления
передачи и определяются только несоответствием диаметров поля моды
сопрягаемых волокон [5].
Отличие диаметров сердцевин и апертуры передающего и приемного
МОВ представлено на рисунке 4.1 и определяются выражениями (4.1) и (4.2)
соответственно.
Рисунок 4.1 – Отличие диаметров сердцевин и апертуры передающего
и приемного оптических волокон
, (4.1)
. (4.2)
Отличие диаметров модового пятна передающего и приемного ООВ
определяется выражением (4.3).
. (4.3)
В многомодовых световодах полные потери на стыке волокон обычно
меньше, чем сумма отдельных внутренних и внешних составляющих. Принято
считать, что потери на стыке многомодовых волокон не зависят от длины
волны. В действительности из-за несоответствия внутренних параметров
волокон на стыке возникают пульсации (осцилляции) потерь, которые
происходят вследствие того, что принимающее волокно не может принять все
моды от передающего (рисунок 4.1).
47
Рисунок 4.1 – Осциляции потерь на стыке
=
a
r
a
r
2
4
lg10
Причины, приводящие к внешним причинам:
− боковое смещение (радиальное смещение);
− зазор между сколами (осевое смещение);
− угловое рассогласование ориентации осей (угловое смещение);
− не гладкость поверхности скола.
Радиальное смещение
Рисунок 4.2 – Радиальное смещение оптических волокон
. . (4.4)
Осевое смещение
Рисунок 4.3 – Осевое смещение
48
Рисунок 4.4 – Изменение осевых потерь
2
2
2
2
1
2
2
2
1
1lg10
+
−
−=
nn
nn
a
z
−
=
А
А
a lg10
Угловое рассогласование
. (4.5)
Рисунок 4.5 – Угловое рассогласование
. (4.6)
Рисунок 4.6 – Изменение угловых потерь
Кроме того, потери на стыке зависят от относительного положения
стыков. Стыки имеют тенденцию влиять на распределение мощности, и
49
поэтому потери на конкретном стыке зависят от потерь на предыдущем
(рисунок 4.7).
Рисунок 4.7 – Распределение оптического излучения на стыке волокон
Если волокно А достаточно длинное, то мощность на его конце имеет
равновесное распределение. Осевое смещение на первом стыке вызывает
потери части мощности на конце распределения и перераспределяет мощность
к внешним краям сердечника второго волокна. Если волокно Б короче, чем
требуется для восстановления равновесного распределения мощности, то
осевое смещение на втором стыке вызовет большую, чем на первом стыке,
потерю мощности [5].
В одномодовых волокнах полные потери на стыке практически
соответствуют сумме внешних и внутренних потерь. Более того, такие
волокна имеют только одну моду и поэтому на их стыке отсутствуют
пульсации, которые наблюдались в многомодовых волокнах. При отсутствии
отражения потери на стыке монотонно уменьшаются с ростом длины волны,
что обусловлено ростом диаметра поля моды.
Таким образом, потери на стыке одномодовых волокон проще в анализе,
измерении и воспроизведении, чем на стыке многомодовых волокон.
Если в процессе соединения оптических волокон присутствует хотя бы
одно из рассмотренных смещений, то часть оптической мощности отражается
от места соединения. Такое явление получило название Френелевского
отражения. Отражение на стыке оптических волокон приведено на рисунок
4.8.
Рисунок 4.8 – Отражение на стыке оптических волокон
50
Отражение на границе раздела двух сред (рисунок 4.8а) характеризуется
z
RRRRR
4
cos2
2121
−+=
//
1
/
1
//
1
/
1
nn
nn
Р
Р
R
п
отр
+
−
==
дБ
Р
Р
R
п
отр
,lg10
−=
+
−
−−=
=
−−=
−
−=−=
2
//
1
/
1
//
1
/
1
1lg10
1lg10lg10lg10
nn
nn
Р
Р
Р
РР
Р
Р
а
п
отр
п
отрп
п
вых
параметром R, который представляет собой отношение мощности отраженной
волны к мощности падающей волны, и рассчитывается по формуле:
, (4.7)
. (4.8)
Рисунок 4.9 – Френелевское отражение
В результате мощность на выходе волокна уменьшается по сравнению с
падающей мощностью. Такие потери за счет отражения получили название
Френелевских потерь, рассчитываемых по формуле:
. (4.9)
Например, потери на границе волокно-воздух, учитывая, что n1=1,46, a
n2=1, составляют 0,15 дБ.
При наличии осевого смещения различают две границы раздела
(рисунок 4.8б). Тогда параметр R рассчитывается по формуле:
, (4.10)
где R1 и R2 – параметры отражения на соответствующей границе;
z – ширина зазора.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]