Федеральное агентство связи
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и
информатики»
(СибГУТИ)
Кафедра многоканальной электрической связи и оптических систем (МЭС и ОС)
10.05.02 Информационная безопасность телекоммуникационных систем, специализация Защита информации в системах связи и управления (очная форма обучения)
Передаточные характеристики волоконных световодов.
отчет по лабораторной работе № 1
дисциплины «Защищенные оптические сети и системы передачи»
Выполнил:
студент ФАЭС,
гр. АБ-67 / /
(подпись)
«__»_________ 2020 г.
Проверил:
доц. каф. МЭС и ОС / В.Г. Фокин/
«__»_________ 2020 г. (подпись)
Новосибирск 2020
1. Цель работы
Изучение основных передаточных характеристик волоконных световодов (затухание, дисперсия, нелинейные эффекты) и методик их расчёта.
2. Содержание работы
1. Изучение первой части характеристик волоконных световодов на предмет понимания конструкции волокна, передатчика и приёмник оптических сигналов, основных законов оптики по распространению света в цилиндрическом волокне (отражение, преломление, рассеяние и т.д.), зависимости затухания от частоты (длины волны), тестирования волокон с помощью техники рефлектометрии для обнаружения неоднородностей и неисправностей. Ответы на контрольные вопросы.
2. Изучение второй части характеристик волоконных световодов на предмет понимания дисперсии (одномодового и многомодового) и её ограничивающих факторов по организации передачи сигналов на протяженных линиях. Использование рефлектометра и других методов для измерения величины дисперсии. Ответы на вопросы.
3. Изучение третьей части характеристик волоконных световодов на предмет понимания нелинейных эффектов и ограничивающих факторов по организации передачи сигналов в протяженных многоканальных линиях. Составление кратких ответов.
4. Решение расчётных задач по варианту.
3. Контрольные вопросы 1
Рисунок 1 – Контрольные вопросы 1
1. Световыми импульсами, которые передаются по ВОЛС.
2. Нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения
3. Для определения наличия светового потока
4. нм, дБ, м.
5. Отражение, преломление
6. Свет падает на границу стекло/воздух при распространении под углом меньшим либо равным критическому, отражается и остается в волокне. Рассеяние из-за изгибов, релеевского рассеивания, поглощения , сварки.
7. TX – ВОК – RX
8. В многомодовом волокне распространяется множество составляющих (мод) оптического сигнала. В одномодовом волокне такая составляющая (мода) одна.
9. Во сколько раз скорость света в среде меньше, чем в вакууме.
10. Синус максимального угла между осью и лучом, для которого выполняются условия полного внутреннего отражения при распространении оптического излучения по волокну
11. Мощность световой энергии становится меньше из-за рассеяния.
12. Макроизгибы могут привести к утечке информационных сообщений
13. Длины волн на которых наблюдается наименьшие потере на этой длине волны.
14. 1550–1560мкм, 1310 мкс длина волны.
15. Сварное 0,05-0,20 дБ. Механическое 0,1-0,5дБ. Коннектирование 0,5 дБ.
16. Входной контроль, проверка после транспортировки, измерения при работе, обнаружение дефектов, поиск повреждений, проблемы устранения неисправностей.
17. Рефлектометр измеряет отражение и обратное рассеяние.
18. Концы волокна обычно обуславливают отражения, которые на рефлектограмме проявляются как «всплески».
19. соединения, изгибы, дефекты, конец волокна, другие неоднородности.
20. Уровень затухания на протяженности во.
21. Разрешение(DPS), точность локализации, величина динамического диапазона, величина мертвой зоны.
4. Контрольные вопросы 2
Рисунок 2 – Контрольные вопросы 2
1. Дисперсия – явление размывания во времени спектра. или модовых составляющих сигнала, которое приводят к увеличению длительности импульса оптического импульса при распространении.
2. Типы дисперсии: межмодовая, хроматическая, поляризационная.
3. Материальная д. обусловлена зависимостью показателя преломления сердцевины ОВ от длины волны (материал средеч). Волноводная д. обусловлена направляющими свойствами среды распространения (от радиуса сердцевины, разность показателей преломления).
4. ХД ограничивает скорость передачи д-х, ограничение длины уч-ов регенерации на высокоскоростных ВОЛС. Межсимвольная интерференция.
5. Межсимвольная интерференция из-за дифференциальной задержки приводит к ошибкам декодирования.
6. D = пс/нс км
7. хроматическая дисперсия ОВ может иметь знак «+» или «-», потому что задержка может быть отрицательной.
8. SMF – “несмещенная хар-ка” хд (1310 – 0; 1550 - 17). DSF – нулевая дисперс. в области 1550(1310 - -15). WDM – ненулевая смещенная дисп.(1310 - -12; 1550-3).
9. ХД на волне 1530 нм. SMF =12 ps/ nm-km; DSF = -2.5 ps/ nm-km; WDM = 0.6 ps/ nm-km.
10. ХД измеряют для ее точной компенсации
11. чтобы не было отклонения дисперсии отдел. оптич каналов от необход. уровня. Нивелировать задержку.
12. По времени распространения (счет фотонов, OTDR). Сдвиг фаз (фазовый сдвиг, дифференц. сдвиг фаз).
13. Сложность увеличить длину участков регенерации, нужны оптич. усилители или повторители и восстановители формы сигнала.
14. ПМД возникает из-за структуры (геометрия, изгибы, механич воздействие и т.д.)волокна (в волокне образуются быстрая и медленная оси распространения – двойное лучепреломление) .
15. ПМД влечет затухание сигналов на расстоянии. Огранич скорости и расстояния
16. уровень ПМД меньше чем у ХД.
5. Контрольные вопросы 3
Рисунок 3 – Контрольные вопросы 3
1. При большом влиянии интенсивности электромагнитного поля волны на свойства среды.
2. Нелинейному взаимодействию волн со средой и друг с другом, появлению новых спектральных компонент поля.
3. Какие нелинейные эффекты ОВ используют для назначения штрафа за ухудшение
(снижения мощности и искажения) принимаемого оптического сигнала? фазовая самомодуляция SPM (self-phase modulation), фазовая кросс модуляция CPM (XPM) (cross-phase modulation), четырёхволновое смешивание FWM (four-wave mixing), вынужденное комбинационное рассеяние Рамана SRS (stimulated Raman scattering), вынужд комбинац рассеян Брюэллена SBS
4. От чего зависит величина нелинейности ОВ? От совокупного максимального уровня мощности, допустимой дисперсии и межканального интервала при спектральном мультиплексировании (интервалы между волнами: 25/50/100 ГГц) и заданной величине штрафа.
5. дБм
6. электрическая составляющая
7. Классы: эффект нелинейного взаимодействия Керра и стимулированное рассеяние
8. Фазовая самомодуляция - нелинейный эффект, возникающий вследствие зависимости показателя преломления от интенсивности излучения и состоящий в возникновении самонаведенного набега фазы, который приобретает световой импульс при распростран в волоконном световоде.
9. Фазовая кросс-модуляция возникает вследствие зависимости показателя преломления от интенсивности излучения и состоит в возникновении нелинейного набега фазы светового импульса, наведенного на другой частоте оптическим полем другого импульса, распространяющегося совместно с данным импульсом.
10. эффект FWM приводит к появлению новых частот, часть из них попадает в каналы DWDM системы и вызывает перекрёстные помехи.
11. при ВКР в спектральном составе света, рассеиваемого оптической средой, помимо частоты ωр падающей световой волны присутствуют спектральные линии, отличающиеся по частоте от падающего излучения на величины, равные или кратные частотам ωv внутримолекулярных колебаний: ωр ± mωv, m = 1, 2, ...
12. ВРМБ проявляется в виде генерации стоксовой волны, распространяющейся в обратном относительно волны накачки направлении и содержащей значительную часть начальной энергии
13. SRS позволяет реализовать волоконные ВКР-усилители с широкой полосой усиления (~ 5 ТГц). ВРМБ – усиление в световодах можно использовать для усиления слабых сигналов, частота которых смещена от частоты накачки на величину ВРМБ сдвига. Эффекты ФСМ и ФКМ могут использоваться для построения солитонных систем передачи и нелинейной компенсации дисперсионных искажений.
14. В случае многоканальной системы со спектральным уплотнением мощность в каждом канале должна быть ниже порога ВРМБ.
15. нелинейный эффект FWM можно оценить анализатором оптического спектра
6. Решение задач
Вариант 2
Задача 1
-
Длина волны λ, нм
а, дБ/км
N
Lx, км
Э, дБ
Pвх, мВт
1300
0,35
15
3
22
Решение:
1) pвых=pвх – А
2) pвх=10lg(Pвх/1мВт)
3) A=N·Lx а+(N-1)·ɑст = 15 * 3 * 0.35 + (15-1) * 0.05 = 16.45 дБ
pвых = 10lg(Pвх/1мВт) – (N·Lx а+(N-1)·аст) =
= 10lg(10мВт/1мВт) – (16,45) = - 6.45 дБм
Ответ: A = 16.45 дБ; pвых = - 6.45 дБм.
Задача 2
λ, нм |
оx, , пс/нм км |
N |
L, км |
В, Гбит/с |
1500 |
15,3 |
18 |
5,5 |
2,5 |
Решение:
Величина дисперсии Dхр=N * Lx * оx * Δλ
Dхр = 18 * 5,5км * 15,3пс/нм * 0,1
σλ - центр волна
пс = 2.36 мс.
Длительность импульса
τ=1/В
τ=1
/ 2.5 =
пс.
Ответ: Dхр = 2.36 мс; τ= 3.725*10-10 пс.
Задача 3
N исходных волн |
Интервал между исходными волнами, нм |
Центральная волна, нм |
4 |
0,2 |
1535 |
Центральная волна:
n
= N 2(N-1)/2
=
Число спектральных компонент
n = 36*2.5 = 90
Δf = c / Δλ = 0.21*1018 Гц.
Ширина спектра:
D = Δf (n-1) = 124*1017 Гц.