- •Введение. Особенности оптического диапазона эмв. Достоинства волс.
- •2.1.1. Достоинства и область применения волс.
- •Волоконно-оптическая система передачи
- •Структурная схема волоконно-оптической системы передачи сигналов
- •1. Передача оптических сигналов.
- •Диапазоны эмв.
- •1. Особенности оптического излучения. Диапазон оптических длин волн.
- •Лекция 2. Основные положения и понятия волновой, квантовой и геометрической оптик
- •Параметры оптического излучения. Поляризация, монохроматичность и когерентность оптического излучения
- •Преломление света. Полное внутреннее отражение.
- •Волоконный световод (оптоволокно)
- •Параметры оптических волокон
- •2.1.3 Дисперсия
- •2.3. Межмодовая дисперсия
- •2.4. Материальная дисперсия и информационная емкость
- •Задача № 1
- •Задача № 2
- •2.5. Информационные параметры волс
- •Задача №3
- •2.6. Особенности работы и режимы волоконных световодов
- •2.7. Особенности расчетов и применения многомодовых волоконных световодов
- •2.8. Разновидности и применение одномодовых световодов (омвс)
- •Задача№4
- •2.10. Технология и материалы вс
- •2.11. Геометрические и механические характеристики вс
- •2.13. Разновидности и поколения волс
- •3. Оптические волноводы
- •3.1. Парамeтры оптических волноводов
- •3.2. Потери в оптических волноводах. Методы изготовления оптических волноводов
- •,Где – усредненная глубина шероховатостей.
- •3.2.2. Методы изготовления планарных и полосковых ов заимствованы из технологии пп электроники. Их можно условно разделить на три категории:
- •3.3. Связанные волны в оптических волноводах
- •Задача №5
- •Задача №6
- •Задача №7
- •Лекция 3
- •3.4. Пассивные элементы интегрально-оптических схем
- •4. Пассивные элементы волс
- •4.1. Оптические разветвители (ответвители)
- •4.2. Оптические аттенюаторы
- •4.3. Оптические мультиплексоры/демультиплексоры и фильтры
- •4. Управление временными параметрами оптического излучения
- •4.1. Модуляция лазерного излучения
- •4.2 Физические эффекты в кристаллах
- •4.3. ЭлектрОоптические модуляторы (эом)
- •Задача n9.
- •4.4. Акустооптические модуляторы (аом)
- •4.5. Магнитооптические модуляторы (мом)
- •5. Управление пространственными характеристиками оптического излучения
- •5.1. Основные определения
- •5.2. Электрооптические дефлекторы (эод)
- •Задача №10.
- •5.3 Акустооптические дефлекторы (аод)
- •Задача №11
- •6. Особенности источников оптического излучения для волс и ов.
- •7. Приемники оптического излучения
- •7.1. Принцип действия фотоприемников
- •7.2. Классификация, параметры и характеристики фотоприёмников
- •7.3 Фотодиоды с обычным p-nпереходом
- •7.4. Специальные типы фотодиодов
- •7.5. Фототранзисторы
- •7.6. Многоэлементные ФотоПриёмники
- •Задача №12.
- •8. Интегрально-оптические схемы
- •8.1. Основные определения
- •8.2. Примеры реализации Интегрально-оптических схем
- •9. Волоконноотические датчики (вод)
- •Принцип работы, классификация и параметры вод
- •9.2. Вод амплитудной модуляции
- •9.3. Вод фазовой модуляции.
- •9.4. Поляризационные вод.
- •9.5. Вод с управляемой связью в коаксиальных оптических волноводах.
- •10. Оптические методы обработки информации.
- •10.1 Основы голографии.
- •10.2 Элементы оптической памяти оптических и электронных процессоров.
- •10.3. Оптическая фильтрация.
- •11. Радиооптические антенные решетки (роар)
- •11.1. Основные понятия
- •11.2. Оптическое управление задержками свч - сигналов
- •11.3. Оптическое управление фар на основе оптического процессора
- •11.4 Фар с “экзотическими” методами управления.
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 ) РСД = 150 мкВт и пороговой чувствительности ФПрУ РПР.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 lp
(nсм n100м).
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= 10lg1a/(RизгΔ)g дБ (2.19)
где – радиус сердцевины;Rизг – 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 Rизг >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 lу
Эти явления возникают с определённой длины lУ, называемой длиной установившейся связи (lУ =). 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).