Расчет параметров ОК

Простейшие ОВ представляют собой круглый диэлектрический (стекло или прозрачный полимер) стержень, называемый сердцевиной, окруженный диэлектрической оболочкой. Показатель преломления материала сердцевины всегда больше показателя преломления оболочки , где и - относительные диэлектрические проницаемости сердцевины и оболочки соответственно.

Для передачи сигналов по ОВ используется явление полного внутреннего отражения на границе раздела двух диэлектрических сред (n1>n2),при этом угол полного внутреннего отражения

sinjn = n2/n1

С другой стороны величина угла полного внутреннего отражения зависит от соотношения диаметра сердцевины и длины волны

cosjn = l/dc

Таким образом, по ОВ будут эффективно передаваться только лучи, заключенные внутри телесного угла (как показано на вышеприведенном рисунке), величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется числовой апертурой

NA = (n12 - n22)0.5 = (1,4772 - 1,4752)0,5=0,768

Апертура - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Лучи попадающие в торец ОВ вне телесного угла, образуют так называемые пространственные волны, которые являются паразитными, отбирающими энергию волны сердцевины.

В зависимости от числа распространяющихся на рабочей частоте мод ОВ разделяются на одномодовые и многомодовые. Число мод зависит от соотношения диаметра сердцевины и длины волны. В настоящее время принято при длинах волн 0,85-1,55 мкм. применять ОВ с диаметром сердцевины 8 - 10 мкм. для одномодовой передачи и 50 мкм. для многомодовой.

Важнейшим обобщенным параметром волоконного световода, используемым для оценки его свойств, является нормированная частота V:

V=2*pi*a*NA/l= 2*3.14*5*0,0768/1,55 = 1,556

где а-радиус сердцевины волокна.

Число передаваемых мод в световоде можно определить по формуле:

Nст = V2/2=1,5562/2 = 1,21

Определим критическую длину волны и частоту:

fкр= с/(dc*NA) = 3*108/(10-5*0,0768) = 3,90625*1014 Гц

lкр = с/ fкр= 3*108/3,90625*1014= 0.77 мкм.

Ослабление сигнала в ОВ обусловлено собственными потерями и дополнительными кабельными потерями , обусловленными неоднородностями конструктивных параметров, возникающих при деформации и изгибе световодов в процессе наложения покрытий и защитных оболочек при изготовлении кабеля. Коэффициент затухания (ослабления)

.

Величина в реальных условиях составляет 0,1-0,2 дБ/км. Собственные потери состоят из трех составляющих: ослабления за счет поглощения ; ослабления за счет наличия в материале ОВ посторонних примесей ; ослабления за счет потерь на рассеяние .

aс=aп+aпр+aр

Рассчитаем каждую составляющую собственных потерь:

aп= (4,34*pi*n1*tgd)/l= (4,34*3,14*1,477*10-11)/1,55*10-6=0,13 дБ/км

где tgd- тангенс угла диэлектрических потерь.

Потери энергии также существенно возрастают из-за наличия в материале ОВ посторонних примесей, таких как гидроксильные группы (ОН), ионы металлов и др. Из-за примесей возникают всплески ослабления на волнах 0,95 и 1,4 мкм. При этом наблюдается три окна прозрачности световода с малыми ослаблениями в диапазонах волн 0,8 - 0,9 ; 1,2 - 1,3 ; 1,5 - 1,6 мкм.

Так как длина волны равна 1,55 мкм. (3-е окно прозрачности),значит aпр можно пренебречь.

Читайте также

Проектирование релейной защиты и автоматики
В электрической системе имеются следующие источники: ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, ТЭЦ-4, ТЭЦ-5, ГРЭС, СарГЭС и БАЭС. ТЭЦ-1, ГРЭС допускается отдельно не учитывать, так как их мощность по сравнению с ...

Проектирование дискретного устройства
На современном этапе развития транспорта наблюдается бурный рост темпов и объемов перевозок, особенно на железнодорожном транспорте в силу высокой скорости и невысокой стоимости грузопер ...

Проектирование радиоприемного устройства с учетом научно-технического прогресса
Радиоприемное устройство является частью системы передачи сообщений, использующей для этого энергию радиоволн. Оно предназначено для улавливания, преобразования и использования электрома ...