1.1 Требования по оформлению расчетно-графической работы

 

1.1.1 Студенты выполняют расчетно-графическую работу в виде подробного реферата объемом А4, шрифт 14, одинарный интервал Times New Roman. Работа должна аккуратно оформлена, текст разборчиво написан (компьютерный набор) на одной стороне листа. Другая сторона листа предназначена для внесения студентом исправлений и дополнений результатом проверки работы.

1.1.2 Титульный лист РГР оформляется в соответствии с правилами студенческих работ. Он должен содержать название университета, факультета и кафедры, дисциплины по которой выполнятся работа, название РГР, фамилию с инициалами, номером группы и зачетной книжки студента, специальность, фамилию и инициалы преподавателя принимающего защиту.

1.1.3 В расчетно-графической работе необходимо освоить подробно данную тему. Допускается углубление изучения отдельной подтемой по согласованию с преподавателем. Название РГР, согласуется с преподавателем и возможно выполнение РГР по дополнительной тематике.

1.1.4 В начале каждого задания на РГР приводятся условия заданий и данные для своего варианта. Страницы текста, рисунки, таблицы и формулы нумеруются. Расчетные формулы записываются в общем виде с расшифровкой буквенных обозначений с указанием размерностей.

 1.1.5 При выполнении расчетно-графических работ рекомендуется пользоваться литературой и методическими указаниями. Если при выполнении РГР встретятся трудности, следует обратиться за консультацией к преподавателям данного предмета.

 1.1.6 В тексте РГР, должны быть краткие пояснения решения некоторых вопросов, а также ссылки на использованную литературу.

 Расчетно-графические работы выполненные без соблюдения перечисленных требований, возвращается на доработку. 

 

2 Расчетно-графическая работа № 1. Расчет параметров волоконных световодов

 

Определить параметры оптического волокна: числовую апертуру, нормированную частоту, число мод, критическую частоту, критическую длину волны, дисперсию, потери, границы изменения фазовой скорости, границы изменения волнового сопротивления

 

Исходные даны приведены в таблице 1:

-           диаметр сердцевины световода 2а,  мкм;

-           диаметр оболочки световода 2b, мкм;

-           показатель преломления сердцевины n₁;

-           показатель преломления оболочки n₂;

-           длина волны , мкм;

-           длина проектируемого участка.

 

Т а б л и ц а 1

Последняя цифра студенческого билета
	0		1	2	3		4	5	6	7				8				9
, мкм	1,55		1,3	0,85	1,62		0,85	1,3	1,62	0,85				1,3				1,55
l, км	100		70	60	80		90	70	120	80				70				150
Тип оптического волокна	одномодовое		Многомодовое градиентное	Многомодовое ступенчатое	одномодовое		Многомодовое градиентное	Многомодовое ступенчатое	одномодовое	Многомодовое градиентное				Многомодовое ступенчатое				одномодовое
Предпоследняя цифра студенческого билета
		0	1	2	3	4		5	6			7				8				9
2а, мкм		50	62	50	62	50		62	50			62				50				62
2b, мкм		125	125	200	200	125		125	200			200				125				125
n1		1.55	1.5	1.505	1.51	1.49		1.5	1.505			1.55				1.52				1.49
n2		1.52	1.49	1.5	1.49	1.4		1.48	1.5			1.53				1.5				1.47
М(λ), пс/(нм·км)		-18	-5	125	-20	125		-5	-20			125				-5				-18
В(λ), пс/(нм·км)		12	8	5	14	5		8	14			5				8				12
∆, нм		1	2	3	1	2		3	1			2				3				1

 

Для выполнения расчетно-графической работы необходимо ответить на вопросы:

1       Благодаря какомуфизическому явлению световые волны распространяются вдоль оптического волокна (ОВ).

2       Чем отличаются одномодовые оптические волокна (ОВ) от многомодовых;

3       Назовите основные виде дисперсии в ОВ причины, ее вызывающие.

4       Какой вид дисперсии характерен для одномодовых оптических волокон, какой для многомодовых.

5       Дать определение апертурного угла, числовой апертуры.

6       В каком диапазоне волн работают оптические кабели. Какие длины волн  соответствуют минимуму затухания.

Методика расчета:

 

1 Соотношение коэффициентов преломления:

 

.                                           

2 Числовая апертура:

.

 

3 Нормированная частота:

.

 

4 Число мод, распространяющихся по световоду:

 

для ступенчатого световода:

;

для градиентного световода:

.

 

5  Критическая частота, Гц, определяется по формуле

 

,

где с – скорость света, м/с.

 

6 Критическая длина волны, м:

 

.

 

7 Общие потери в волокне, дБ/км, определяются суммой

 

       .

Потери энергии на поглощение (затухание поглощения), Нп/м:

 

,

где tg – тангенс угла диэлектрических потерь материала световода (для кварца 10^-10).

 

Для перевода затухания поглощения из Нп/м в дБ/км полученную величину необходимо умножить на 8,69·10³.

 

Потери на рассеяние, дБ/км, равны:

 

,

где К_р – коэффициент рассеяния (для кварца 1…1,5 дБ/(км·мкм⁴)),

 – длина волны, мкм.

 

7       Дисперсия.

Основными причинами возникновения дисперсии являются, большое число мод в световоде (межмодовая или модовая дисперсия), некогерентность источников излучения (хроматическая дисперсия).

 

_,

Межмодовая дисперсия:

 

Для ступенчатого оптического волокна:

,   при l<l_c;

                                           ,  при l>l_c                               

где l_с – длина связи мод, для ступенчатого оптического волокна составляет 5…7 км;

l – длина линии.

 

Для градиентного оптического волокна:

                                  ,  при  l<l_c;

                                   ,  при l>l_c 

Длина связи мод градиентного световода 10…15 км.

 

Хроматическая (частотная) дисперсия.

 

     Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне.

 

Материальная дисперсия:

 

                            

где ∆ – ширина спектральной линии источника излучения (для лазера 1…3 нм, для светодиода 20…40 нм);

М(λ) – удельная материальная дисперсия, пс/(нм·км), см.таблицу 1.

 

Волноводная дисперсия:

                            

где В(λ) – удельная материальная дисперсия, пс/(нм·км), см.таблицу 1.

 

Удельная хроматическая дисперсия является алгебраической суммой удельных материальной и волноводной дисперсий:

 

                                      D(λ)= М(λ)+ В(λ).                                           

 

Хроматическая дисперсия связана с удельной хроматической дисперсией соотношением:

 

                                      , с/км                                      

где D(λ) – удельная хроматическая дисперсия, с/(нм·км);

Δλ – ширина спектра излучения источника, нм, см.таблицу 1.

 

 

8 Границы изменения фазовой скорости, км/с, определяются:

 

с/n₁ c/n₂

 

9 Границы изменения волнового сопротивления, Ом:

 

Z₀/n₁ Z Z₀/n₂

 

где Z₀ =376,7 Ом – волновое сопротивление идеальной среды.