МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний університет “Львівська політехніка” Кафедра “Телекомунікації”
Лабораторна робота № 1 ДОСЛІДЖЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ ОПТИЧНИХ КАБЕЛІВ І ВОЛОКОН. Львів 2010 Мета роботи Вивчення конструкцій оптичних кабелів зв`язку і оптичних волокон, ознайомлення з властивостями кабельних матеріаліів. Конструкції і принципи роботи оптичних волокон. Подібно тому, як в електронних кабелях зв`язку середовищем розповсюдження сигналу є пара ізольованих металічних провідників в оптичних кабелях зв`язку середовищем розповсюдження сигналу є оптичне волокно. Оптичне волокно – це тонка скляна нитка діаметром порядком 100мкм (0,1мм), інколи матеріалом волокна є прозорий полімер. Скляні волокна більш крихкі, ніж полімерні, але можуть бути виконані з значно меншим затуханням, тому у кабелях зв`язку використовуються, як правило, скловолокна. Як правило, в якості скла використовують плавлений квварц (діоксид кремнію SO2) високої степені очистки. Багатокомпоненти (нітрокальцеві, боро-силікатні і т.д.) скла мають меншу чистоту і вносять у сигнал, що передається, великі втрати. Промодульований сигналом потік електромагнітноїенергії вводиться з джерела випромінювання в волокно і далв розповсюджується, затримуючись всередині останнього. При цьому каналізуюча дія приводить до зміни величини діелектричної проникності матеріалу в поперечному перерезі волокна. Оскільки волокна використовуються для передачі хвиль оптичного діапазоу, то замість відносної діелектричної проникності ( як правило користуються зв`язаним з ним і використовуваним в оптиці коеф. заломлення (, який для немагнітних матеріалів, що мають відносну проникність (=1, рівний ((. Зміна коеф. заломлення матеріала волокна досягається за рахунок добавок до чистого кварца певних домішок. Найчастіше для цього використовують диоксид кремнію SO2, що зменшує величину (. Дозуванням присадки добиваються потрібно величини коеф. заломлення, яка в світловодах знаходиться в межах 1,45-1,5. Загальна будова оптичного волокна ілюструється кресленням (рис.1) Поперечний переріз оптичного волокна Рис.1 Власне діелектричний хвилевід складають серцевина і оболонка які виконані із легованого присадками кварцу. Основна доля енергії сигналу,що передається, зосереджена в серцевині, що має коеф. заломлення (1. Оболонка, що має меншу величину коеф. заломлення (2, забезпечує утримання енергії всередині серцевини , тому вній передається мала доля потужності сигналу. Рис. 2 Поперечий переріз і профілі коеф. заломлення оптичних волокон а- багатомодове ступінчате волокно; б- багатомодове градієнтне волокно; в- одно модове волокно. Променеве представлення процесів в волокні базується на положенні, що група хвиль, що мають однаковий фазовий коеф. розповсюдження можуть бути поставлні у відповідність з плоскою хвилею, що розповсюджується під певним кутом до осі хвилеводу. Значення кута таке, що групву швидкість цих хвиль і резольтуюча швидкість плоскої хвилі повинна бути однаковою. Таким чином суккупність розповсюдження мод можна представити сукупністю променів. Променевва модель розповсюдження хвиль в оптичних волокнах. Рис.3 Як видно з рис.3а, промені, що йдуть по серцевині багатомодового ступінчатого волокна, відбиваються відмежі з оболонкою. При достатньо малих аксіальних кутах ( великі кути падіння ) має місцеповне внутрішнє відбивання, тобто передача без втрат. Хвилі НЕ11 відповідає промінь, що майже співпадає з віссю волокна. Чим вище порядок моди, тим більий аксіальний кут поменя. Куту повного внутрішнього відбивання відповідає група хвиль, що знаходяться в режимі відсічки: вищі моди по волокну не розповсюджуються, оскільки промені зазнають заломленя виходять із серцевини. В градієнтному волокні кофіцієнт заломлення змінюється по радіусу не стрибком, а плавно. Тому і траєкторії променів йдуть не по ламаних, а по плавним кривим, як показано на рис. 3б. При одному й тому ж радіусі, а в градієнтному волокні існує менша кількість типів хвиль, і навпаки: градієнтне волокно має таку кількість направляючих хвиль, як ступінчате, якщо розмір його серцевини більше, чим у ступінчатого волокна в (2 раз. Оскільки пропорційне а (1), то це означає, що для градіієнтних волокон значення V треба збільшити в 1,414 раза. Наприклад , умовою одномодового режиму є V<3.50. ЗАВДАННЯ. Ознайомитись з принципами роботи оптичних волокон і їх класифікацією. Вивчити конструкції оптичних волокон, що використовуються воптичних кабелях зв`язку. Вивчити принципи конструктивного вирішення оптичних кабелів зв`язку, ознайомитись з прикладами конструкцій оптичних кабелів і їх маркуванням. Ознайомитись з видами кабельних матеріалів. Ознайомитись з методикою механічного розрахунку оптичних кабелів. Висновок: На даній лабораторній роботі ми ознайомилися з принципами роботи оптичних волокон і їх класифікацією. Вивчили конструкції оптичних волокон, що використовуються в оптичних кабелях зв`язку. Вивчили принципи конструктивного вирішення оптичних кабелів зв`язку, ознайомилися з прикладами конструкцій оптичних кабелів і їх маркуванням. Ознайомилися з видами кабельних матеріалів та з методикою механічного розрахунку оптичних кабелів.