Задача №3

Оценить, чем ограничивается максимальная длина цифровой многомодовой ВОЛС с коэффициентом ослабления  = 8дБ/км и потерями на стыках _СТ =1дБ , со скоростями передачи информации В = 2; 20; 100 Мбит/c при =0,85 мкм; =35 нм; m=0,025, мощности источника ( светодиода ) Р_СД = 150 мкВт и пороговой чувствительности ФПрУ Р_ПР.МИН = 1 нВт/Мбит/с. Параметры материала волокна для расчёта межмодовой дисперсии

2.6. Особенности работы и режимы волоконных световодов

Длина установившегося равновесного состояния мод l_p

(nсм  n100м).

Например, при а =25 мкм; _кр=0,14рад; V=30 получим .

Лучевой метод, который применялся для описания принципа работы ВС и для оценки межмодовой дисперсии, является приближенным и условно применим при 2а>10. Реально энергия проникает за пределы сердцевины и появляются моды оболочки.

а б

Рис.2.9. Ход лучей на границе (а) и диаметр модового поля (б)

В одномодовых волокнах это явление оценивается диаметром или радиусомполя моды (рис.2.9,б).

Имея экспериментальное значение , можно скорректировать теоретическое значение .

Макроизгибы волокна.

Рис.2.11. Поперечное распределение интенсивности в ВС волокна (макроизгибы).

У внешнего края изгиба радиусом фазовая скорость увеличивается и стремится коболочки, что приводит к излучению или модам оболочки.

а б

Рис. 2.12. Ход лучей при макроизгибе ВС (а) и микроизгибе (б)

В ММВС потери на изгибах

_изг= 10lg1a/(R_изгΔ)^g дБ (2.19)

где – радиус сердцевины;R_изг – радиус изгиба; ;g = 2 – для ступенчатого ВС и g=1 для градиентного ВС.

В параметрах ВС регламентируется максимально возможный , характеризующий влияниемакроизгобов. Больше всего на потери влияет переход от прямого ВС к изогнутому, чем длина изгиба L.

При преобладают потери на изогнутом участке.При R_изг >5см этими потерями можно пренебречь.

Микроизгибы волокна - малые отклонения оси ВС от прямой на несколько. При большом их количестве потери определяются ,и могут достигать.

2.7. Особенности расчетов и применения многомодовых волоконных световодов

2.7.1. Все выражения дисперсии в многомодовых ВС (ММВС) приведены для идеального световода и только для меридиональных (аксиальных) лучей (пересекающих ось) без учёта взаимодействия между модами. Реально из-за неоднородностей волокна происходит преобразование мод и изменение углов и путей их распространения (лучи могут не пересекаться с осью). Эти изменения носят случайный характер и считается, что разница во времени распространения при больших расстояниях пропорциональна неl, а [12]. (рис. 2.13).

Рис. 2.13. К понятию l_у

Эти явления возникают с определённой длины l_У, называемой длиной установившейся связи (l_У =). Поэтому межмодовая дисперсия в ступенчатой ВОЛС, т.е.уменьшается, хотя ослабление увеличивается.

(2.20)

Для предотвращения возврата мод оболочки обратно в сердечник оболочка делается из материала с большим  (например, из пластика).

Обычные дешёвые ступенчатые ВОЛС имеют  = 5-20 дБ/км, пластмассовые ВОЛС (=20-100 дБ/км), диаметры сердцевины и оболочки соответственно 2а=50мкм; 62,5мкм;2b=125мкм. Для смещения минимума ослабления в основу SiO₂ делаются добавки Ge, P, B, F. Лучшие ступенчатые ВС имеют .

2.7.2. Для отсутствия межмодовой дисперсии в градиентных ВОЛС необходим параболический закон ППП

(2.21)

где  =(n₁-n₂)/n₁=n / n₁ – относительная разница коэффициентов преломления;  – параметр аппроксимации. Условие самофокусировки достигается при

(2.22)

и межмодовая дисперсия при этом имеет минимум

, (2.23)

где . Таким образом, в градиентных ММВС дисперсия враз меньше, чем в ступенчатых. Если же, то дисперсия увеличи-

вается в 4 раза

(2.24)

т.е. в раз меньше, чем в ступенчатом ВС. Поэтому любой плавный ППП всегда уменьшаети больше предпочтителен, чем ступенчатый.

Условно считается, что при – ВС градиентный;– ВС квазиступенчатый;– ВС ступенчатый. Реально лучшие градиентные ВС имеют; .

Согласно рекомендациям Международного союза электросвязи, сектора стандартизации электросвязи MCE-T (ITU-T)G.651 ITU-T ММВС имеют 2а=50мкм и 62,5мкм и условно делятся на четыре класса в соответствии с материалами и диаметром слоев:

– класс А1: стекло/стекло, диаметры сердцевины/оболочки:50/125; 62,5/125; 85/125; 100/140 мкм (градиентные );

– класс А2: стекло/стекло, диаметры сердцевины/оболочки: 200/240 мкм;

А2.1 квазиступенчатые ;

А2.2 ступенчатые ;

– класс А3: стекло/пластмасса, диаметры сердцевины/оболочки: 200/280 мкм (ступенчатые);

– класс А4: пластмасса/пластмасса, диаметры сердцевины/оболочки: 980/1000 мкм (ступенчатые).

В системах плезиохронной связи (см.п.р.10.2) используются только волокна класса А1 (два первых размера), а остальные используются в локальных вычислительных сетях. Из-за сравнительно большого поглощения и дисперсии многомодовые волокна используются на сравнительно небольших расстояниях 1-2 км, в основном, в локальных вычислительных сетях. В остальных случаях используются одномодовые волокна.

Достоинства ММВС: снижаются требования к излучателям (более дешевые передающие модули на СД), фотоприемникам и к точности сращивания ВС (на порядок ниже, чем у ОМВС).

Недостатки ММВС: возникновение модовых шумов в диапазоне , особенно в аналоговых ВОЛС (из-за случайных изменений поперечных распределений -спекл-структуры).