Проектирование волоконно-оптической линии передачи

"11. Расчет параметров оптического кабеля.

Основным элементом оптического кабеля является оптическое волок-но, изготовленное на основе особо чистого кварцевого стекла. Оптическое волокно имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и отра-жающей оболочки с фазовыми показателями преломления (далее показате-лями) равными соответственно n1 и n2.
Оптическое волокно характеризуется следующими параметрами:
?абсолютной разностью показателей преломления сердцевины и отра-жающей оболочки
?n=n1-n2 ,
?n= 1,47 – 1,466 = 0,004

?относительной разностью показателей преломления: ?=(n12-n22)/(2n12),

?=(1,472-1,4662)/(2*1,472) = 0,0027,

?числовой апертурой световода со ступенчатым профилем NА = vn12-n22 ,

NА= v1,472-1,4662 = 0,108

?нормированной частотой V=2 • ? • a • NA / ? ,

V=2 • 3,14• 25*10-6 • 0,108 / 0,8*10-9 = 21,19 кГц

?критической частотой fкр , определяемой по формуле:

fкр = Pnm • с•n1/ (? • d • NA), Гц
где:d – диаметр сердцевины оптического волокна;
Pnm - значение корней функции Бесселя для различных мод;

fкр = 2,405 • 3*108•1,47/ (3,14 • 8,7*10-6 • 0,108) = 3,59*1014 Гц

? критической длиной волны ?кр = ? • d • NA / ( Pnm • n1), мкм

?кр = 3,14• 8,7*10-6 • 0,108/ ( 2,405 • 1,47) = 83,45 мкм

Затухание оптических кабелей (?к) обусловлено собственными поте-рями в оптических волокнах (?с) и дополнительными потерями, обусловлен-ными их деформацией и изгибами при изготовлении, прокладке и эксплуата-ции оптического кабеля связи [14]:
?к = ?с ?доп .
Собственные потери оптических волокон складываются из потерь на погло-щение (?п) и потерь на рассеяния (?р), т.е.
?с= ?п ?р.,

,
где: tg?- тангенс угла диэлектрических потерь материала сердцевины ОВ;
- длина волны , км.

дБ/км

, дБ/км
Кр- коэффициент рассеяния материала сердцевины ОВ, дБ?мкм4/км;
- длина волны , мкм.

дБ/км

?с= 7,76*10-5*0,17 = 0,17 дБ/км

Дополнительные потери в оптических кабелях, обусловленные дефор-мацией оптических волокон в процессе изготовления, прокладки и эксплуа-тации кабеля равны
?к= ?1 ?2 ,
где: ?1 и ?2 - дополнительные потери соответственно вследствие мик-роизгибов и макроизгибов оптического волокна.

Фазовая скорость распространения светового импульса по опти-ческим волокнам. Фазовая скорость может изменяется в пределах:
максимальная фазовая скорость = с/n1 , км/с;

= 3*105/1,47 = 2,04 *105, км/с;

минимальная фазовая скорость =с/n2 , км/с.

= 3*105/1,466 = 2,046 *105, км/с;
Дисперсия. Под дисперсией понимается увеличение длительности импульса оптического излучения при его распространении по оптическому волокну за счет рассеяния во времени спектральных или модовых состав-ляющих оптического сигнала. Дисперсия возникает по двум причинам: неко-герентность источников излучения и использование многомодового режима работы оптического волокна при передаче сигнала. Дисперсия, вызванная первой причиной, называется хроматической (частотной) ?хр. Она состоит из двух составляющих - материальной (?м) и волноводной (внутримодовой) (?в) дисперсий. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления кварца от длины волны [15]:
?в = ??? В(?) •L , пс,
где: В(?) – удельная волноводная дисперсия, пс/(нм?км).

Дисперсия, вызванная передачей двух и более мод по оптическому во-локну, называется модовой (межмодовой) (?мод). Она обусловлена тем, что каждая мода распространяется со своей скоростью. Результирующее ушире-ние импульсов в результате дисперсионных процессов в однородном оптиче-ском волокне (?рез) может быть рассчитано по формуле:
пс/км
В одномодовых ОВ модовая дисперсия отсутствует. Результирующее значение дисперсии определяется хроматической дисперсией.
Пример расчета уширения импульса (?хр) на километровой длине одно-модового волокна при длине волны ? = 1,55 мкм, ширине спектральной ли-нии лазерного диода ??= 2,5 нм, величине удельной дисперсии В(?)=12 пс/(нм?км) и удельной материальной дисперсии М(?)= -18 пс/(нм?км).
Величина уширения импульса из-за волноводной дисперсии (?в) равна
= ?? • В(?) пс/км.
?в = 0,8? 8 = 6,4 , пс,

Величина уширения импульса из-за материальной дисперсии (?м) рав-на
= ?? • М(?) = 0,8 • (-4) = -3,2 пс/км.
Результирующее уширение импульса из формулы (9.16) равно
=