3 Расчет оптических параметров волокон и параметров передачи кабелей

3.1 Определение оптических параметров волокон

Оптическое волокно является направляющей системой для распространения электромагнитных волн. Для их распространения по световоду используется известное явление полного внутреннего отражения на границах двух диэлектрических сред n₁ и n₂, при этом n₁ > n₂.

n₁ = 1,472.

Значение относительной разницы показателей преломления ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления (ППП) находится из выражения: [1]:

. (3.1)

_{Из формулы (3.1) найдем значение показателя преломления для оболочки:}

, (3.2)

_Тогда,

.

Для ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления числовая апертура определяется соотношением [1]:

. (3.3)

Тогда,

.

Для определения режима работы ОВ рассчитаем нормированную частоту [1]:

, (3.4)

где d – диаметр сердцевины ОВ, d = 9 мкм.

Тогда,

.

Из расчетов видно, что 3,39 > 2,405, значит режим работы ОВ многомодовый, но так как современная магистральная аппаратура не работает на многомодовом волокне, то остальные расчеты будем производить для одномодового волокна.

Рассчитаем критическую частоту, при которой распространяется только один тип волны – Н₁₁ [1]:

,

где –собственное значение моды – 2,405;

с – скорость света (с = 3·10⁸ м/с).

Тогда,

Гц.

Найдем критическую длину волны в ОВ по формуле [1]:

. (3.5)

Тогда,

3.2 Определение потерь в оптическом волокне

Определим коэффициент затухания сигнала в ОВ. Потери сигнала в ОВ обусловлены собственными и дополнительными потерями, возникающими в результате производства оптического волокна, сборки оптического кабеля и прокладки ОК.

, (3.6)

где – суммарные собственные потери в ОВ, дБ/км;

– дополнительные потери в ОВ, дБ/км.

Суммарные собственные потери в ОВ определяются в основном виде [1]:

, (3.7)

где – потери на рэлеевское рассеяние в ОВ, дБ/км;

– потери в материале, связанные с потерями на поляризацию, дБ/км;

– потери сигналов, связанные с поглощением в инфракрасной области спектра, дБ/км;

– потери в ОВ на гидроксильном остатке воды ОН, дБ/км.

Рэлеевские потери могут быть определены для ООВ по формуле [1]:

, (3.8)

где λ – длина волны (в нм).

Потери в материале, связанные с потерями на поляризацию, линейно возрастают с ростом частоты согласно выражению [1]:

. (3.9)

Потери сигналов, связанные с поглощением в инфракрасной области спектра, обусловлены хвостами резонансных поглощений ионов (атомов). Они определяются по выражению [1]:

. (3.10)

Потери в ОВ оказываются также и на гидроксильном остатке воды ОН, значения которых равны [1]:

. (3.11)

Произведем расчет собственных потерь в ОВ по формулам (3.6) – (3.11):

дБ/км;

дБ/км;

дБ/км;

дБ/км.

Найдем суммарные собственные потери по формуле (4.2):

дБ/км.

Дополнительные потери, связанные с конструктивными особенностями оптического кабеля, а также с их прокладкой. Экспериментально установлено, что дополнительные потери приблизительно составляют 20…40 % от собственных потерь и рассчитываются по формуле [1]:

. (3.12)

Тогда,

дБ/км.

Коэффициент затухания найдем по формуле (4.1):

α = 0,21+0,07 = 0,28 дБ/км.

Выполненные выше расчеты показали, что для выбранного волокна коэффициент затухания на длине волны 1,55 мкм составляет 0,28 дБ/км, что практически удовлетворяет рекомендации G.652 значит можно брать волокно по данной рекомендации.