Российская Федерация

Министерство путей сообщения

ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения МПС России»

Кафедра «Телекоммуникации»

Е.З. Савин

Волоконно-оптические направляющие среды

Рекомендовано учебно-методическим объединением (УМО-ж.д.) в качестве учебного пособия для вузов железнодорожного транспорта

 Хабаровск

Издательство ДВГУПС

2004

Рецензенты:

Кафедра «Многоканальные телекоммуникационные системы» Хабаровского филиала Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики (заведующий кафедрой доцент Л.В. Кудашова)

Начальник отдела технического проектирования ОАО «Дальневосточная компания электросвязи» Хабаровского филиала В.С. Циба 

C 130

Савин, Е.З. Волоконно-оптические направляющие среды: Учеб. пособие / Е.З. Савин. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. – 118 с.: ил.

 Учебное пособие соответствует государственному образовательному стандарту направлений 657700 «Системы обеспечения движения поездов» и 654400 «Телекоммуникации», специальностей 210700 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», 071700 «Физика и техника оптической связи».

Рассмотрены принципы распространения электромагнитной энергии по волоконным световодам и основные параметры оптического волокна. Подробно изложены вопросы, связанные с материалом и конструкцией волоконных и планарных световодов, а также соединением оптических волокон. Затронуты проблемы распространения оптических сигналов по волоконным световодам и проявления поляризации в оптических волокнах.

Предназначено для студентов третьего и четвертого курсов специальностей 280700 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», 071700 «Физика и техника оптической связи», изучающих дисциплины «Волоконно-оптические линии связи», «Оптические направляющие среды и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)».

ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения МПС России» (ДВГУПС), 2004

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 

1. ПРЕИМУЩЕСТВА волоконно-оптических линий связи ПЕРЕД ДРУГИМИ НАПРАВЛЯЮЩИМИ СИСТЕМАМИ ПЕРЕДАЧИ 

2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ  

3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СВЕТОВОДОВ

4. ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРАВЛЯЕМЫХ ЛУЧЕЙ  

5. ТИПЫ СВЕТОВОДОВ  

6. АПЕРТУРА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА  

7. ПЛАНАРНЫЙ СВЕТОВОД  

8. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ ПО СВЕТОВОДУ 

9. ТИПЫ ВОЛН В СВЕТОВОДАХ. КРИТИЧЕСКИЕ ДЛИНЫ И ЧАСТОТЫ  

10. ЗАТУХАНИЕ в волоконных световодах  

11. ДИСПЕРСИЯ В ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ  

12. КОЭФФИЦИЕНТ ФАЗЫ, ВОЛНОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПО СВЕТОВОДУ  

13. Поляризация в волоконных световодах

    13.1. Виды поляризации

13.2. Деполяризация световой волны и поляризационная модовая дисперсия  

14. ВЗАИМНЫЕ ВЛИЯНИЯ В ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЯХ

    14.1. Природа взаимных влияний в оптических кабелях

    14.2. Переходные помехи в световодах

    14.3. Переходное затухание и защищенность от взаимных помех в оптических кабелях

    14.4. Меры по уменьшению взаимного влияния между оптическими волокнами  

15. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СИГНАЛОВ ПО ОПТИЧЕСКОМУ КАБЕЛЮ

    15.1. Общие положения

    15.2. Частотные и временные характеристики

    15.3. Собственные и частные характеристики оптического кабеля

    15.4. Диаграмма излучения и поглощения энергии в световоде

    15.5. Искажения сигналов

    15.6. Модуляционно-частотные характеристики и полоса пропускания волоконных световодов  

16. Конструкция и материал оптических волокон

17. ПРОИЗВОДСТВО ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН  

18. СОЕДИНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

    18.1. Основные понятия и определения

    18.2. Внутренние потери

    18.3. Внешние потери

    18.4. Соединение волокон  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ  

Библиографический СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Волоконно-оптические направляющие среды – это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием «оптическое волокно».

Первые теоретические и экспериментальные исследования диэлектрических волноводов были проведены в начале ХХ века. Однако отсутствие эффективного источника излучения и высокий уровень затухания оптических волокон существенно затрудняли широкое использование новой направляющей среды для передачи информационных сигналов. Только после изобретения лазера на полупроводниковом кристалле (1962) волоконная оптика начала свое стремительное восхождение на телекоммуникационный «олимп», который в настоящее время является недосягаемым для любой другой направляющей системы передачи.

Именно волоконные световоды, для которых пропускная способность и дальность непосредственной связи не являются решающими факторами, предопределили интенсивное развитие цифровых систем передачи.

Волоконная оптика, став «главной рабочей лошадкой» процесса информатизации общества, обеспечила себе гарантированное развитие в настоящем и будущем.

В начале XXI века по всему миру организации, предоставляющие услуги связи, прокладывают за год десятки тысяч километров оптических кабелей под землей, по дну водоемов и океанов, на опорах высоковольтных линий, в тоннелях и коллекторах. Множество компаний, в том числе крупнейшие IBM, Lucent Technologies, Nortel, Corning, Fujikura, Siemens ведут интенсивные исследования в области волоконно-оптических технологий. К числу наиболее прогрессивных можно отнести технологию плотного мультиплексирования по длине волны DWDM, позволяющую значительно увеличить пропускную способность существующих волоконно-оптических магистралей, и крупномасштабное применение оптического волокна с ненулевой смещенной дисперсией TrueWave (Lucent Technologies), а также LEAF (Corning), специально предназначенного для передачи DWDM сигнала.

Террабитный барьер передачи данных по одному световоду был преодолен в 1996 г., когда компании AT&T, Fujitsu и NTT успешно продемонстрировали на тот момент рекордную пропускную способность, мультиплексировав в одно волокно 55 оптических стволов, при скорости передачи по одному каналу 20 Гбит/с.

Приведенные рассуждения убеждают, что в условиях постоянного развития волоконно-оптических систем передачи специалистам в различных областях телекоммуникаций необходима соответствующая фундаментальная подготовка в сочетании с конкретными инженерными знаниями по оптическим методам и средствам передачи информации.

Поэтому автор надеется, что данное учебное пособие поможет научным, инженерным работникам и всем, интересующимся вопросами разработки современных систем телекоммуникаций, в том числе студентам и аспирантам высших учебных заведений освоить методы создания наиболее прогрессивных из устройств связи – цифровых волоконно-оптических систем передачи.

Учебное пособие написано по материалам лекций, прочитанных автором в Дальневосточном государственном университете путей сообщения.