ВОКС_2013 / Лекция 1

Лекция 1. Общие сведения о волоконных световодах. Преимущества и недостатки волоконно-оптических линий связи.

Основным элементом волоконно-оптических линий связи является волоконный световод (ВС). Волоконный световод представляет собой тонкую стеклянную или полимерную нить с заданным профилем показателя преломления, по которой распространяется оптическое излучение. Само название «световод» характеризует основное свойство этого элемента: световод предназначен для передачи света. Условия распространения излучения в световоде и качество материалов, из которых изготовлен световод, таковы, что свет может распространяться по световоду на довольно большие расстояние со сравнительно малым затуханием. Слово «свет» применительно к световодам следует понимать обобщенно. Обычно под термином «свет» понимаю оптическое излучение видимого диапазона длин волн: 0,4 – 0,7 мкм. В волоконно-оптических системах передачи данных, в основном, используется излучение с большей длиной волны – 1,55 – 1,3 мкм, т.е. инфракрасное излучение. Однако в некоторых случаях, в частности, при передаче данных с использованием полимерных световодов, применяются источники излучения видимого диапазона длин волн (обычно - 0,65 мкм).

Основным применение волоконных световодов являются системы передачи данных – волоконно-оптические линии связи. Однако световоды используются и для других целей – для создания волоконно-оптических датчиков и систем доставки мощного лазерного излучения. Основными параметрами ВС для ВОЛС являются коэффициент затухания и полоса пропускания, которые будут подробно рассмотрены ниже. Величину затухания принято измерять в децибелах:

,

где - мощность на входе ВС, - мощность на выходе ВС. Например, если выходная мощность в 10 раз меньше входной, то затухание составляет 10 дБ. Полосу пропускания принято измерять в МГц. Полоса пропускания характеризует световод определенной длины. Часто для описания свойств ВС используют удельную полосу пропускания – МГц/км.

Различают пассивные и активные волоконные световоды. Активными световодами называют световоды, в которых возможно усиление оптического сигнала. Все остальные – пассивные световоды.

Практически все волоконные световоды, исключая ВС, поддерживающие поляризацию излучения, имеют цилиндрическую форму, соответственно обладают аксиальной симметрией.

Важной характеристикой ВС является профиль показателя преломления (ППП). Наиболее распространенными ППП являются ступенчатый и параболический. Жила, по которой распространяется излучение, называют сердцевиной световода (иногда – «сердечником»), а слой, который окружает сердцевину – оптической оболочкой. Показатель преломления сердцевины должен быть больше показателя преломления оболочки (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема расположения оптических слоев в волоконном световоде

Различают одномодовые и многомодовые волоконные световоды. Пассивные волоконные световоды подразделяют также в зависимости от материалов, из которых сделан световод. Существуют ВС:

1. с кварцевой сердцевиной и кварцевой оболочкой

2. с кварцевой сердцевиной и полимерной оптической оболочкой

3. с сердцевиной и оптической оболочкой из многокомпонентного стекла

4. с сердцевиной и оптической оболочкой из полимерного материала

5. ВС для ИК и УФ диапазонов (галоидные, халькогенидные и фторидные стекла, монокрасталлические ВС, жидкостные световоды).

Для защиты ВС от повреждений оптическую оболочку окружают защитным покрытием, а один или несколько таких световодов объединяют в волоконно-оптический кабель.

Основные преимущества волоконно-оптических кабелей по сравнению с электрическими кабелями

1. Высокая пропускная способность

2. Высокая помехоустойчивость, нечувствительность к внешним электромагнитным помехам, в частности, к разрядам молнии, отсутствие перекрестных помех между отдельными световодами

3. Малая масса и габаритные размеры. Отсутствие меди.

4. Низкие потери

5. Электробезопасность. Не возникает коротких замыканий. Не требуется заземления, монтаж сетей можно производить, не выключая оборудования. Оптические кабели не инициируют электрические разряды.

6. Обладают большей защищенностью передаваемой информации.

Недостатки волоконно-оптических линий связи

1. Более дорогое электронное оборудование для работы с волоконно-оптическими кабелями

2. Более дорогая инсталляция волоконно-оптических систем

3. Сложно сращивать оптические волокна, сравнительно сложно создавать разъемные соединения.

3