Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розрахунок параметрів оптичних волокон
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Черкаський державний технологічній університет
Інститут:
О
Факультет:
Електронних Технологій
Кафедра:
Кафедра радіотехніки
Інформація про роботу
Рік:
2014
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Теорія оптичного зв язку
Група:
ТК 34
Варіант:
5
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ
Лабораторна робота №1
з дисципліни:"Теорія оптичного зв'язку"
Розрахунок параметрів оптичних волокон
Перевірив:
Івченко О.В.
Виконали:
студенти групи ТК-34
Бащенко О.В.
Ковтуненко М.О.
Євтушенко І.О.
Черкаси 2014
Мета роботи: Дослідити параметри одномодових і багатомодових оптичних кабелів зв'язку, вивчити методику розрахунку параметрів оптичних волокон.
1.1. Основні теоретичні відомості
Волоконно-оптичні лінії зв'язку - це вид зв'язку, при якому інформація передається по оптичних діелектричних хвилеводах, відомих під назвою "оптичне волокно". Оптичне волокно нині вважається найдосконалішим фізичним середовищем для передачі інформації, а також найперспективнішим середовищем для передачі великих потоків інформації на значні відстані. Підстави так вважати витікають з ряду особливостей, властивих оптичним хвилеводам.
Рис 1.1 Структура оптичного кабелю :
1. Осьовий елемент:
- сталевий канат(стренга, дріт) в полімерному покритті;
- склоплпстиковий пруток в полімерному покритті або без
2. Оптичні волокна
3. Оптичні модулі
4. Внутрішньомодульний гідрофобний заповнювач
5. Гідроізоляція сердечника
- гідрофобний заповнювач або водоблокуючі елементи
6. Проміжна оболонка
- поліетилен (відсутній в ИКБЛ.)
7. Гідроізоляція бронюючого шару
- гідрофобний заповнювач або водоблокуючі елементи
8. Броня з круглих сталевих оцинкованих дротів
9. Захисна оболонка
- поліетилен або полімер, що не поширює горіння (ИКБН.)
Принцип дії світловодів
Волоконний світловід є тонкою двошаровою скляною ниткою (сердечник і оболонка), кожен елемент якої має різний показник заломлення. Показник заломлення n прозорої речовини є відношенням швидкості світла у вакуумі с до швидкості світла в цій речовині v:
Крім того, показник заломлення залежить від параметрів середовища і розраховується по формулі :
,
де і – відносні відповідно діелектрична і магнітна проникності.
З урахуванням того, що відносна магнітна проникність прозорої речовини зазвичай постійна і дорівнює одиниці, показник заломлення визначиться: для сердечника , для оболонки . Показник заломлення оболонки постійний, а сердечника в загальному випадку є функцією поперечної координати. Цю функцію називають профілем показника заломлення.
Для передачі електромагнітної енергії по світловоду використовується відоме явище повного внутрішнього відбиття на межі розділу двох діелектричних середовищ, тому необхідно, щоб :
.
Розглянемо випадок, коли промінь світла, що поширюється в середовищі з показником заломлення , зустрічає межу розділу з середовищем, що має менший показник заломлення (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Поширення променів в середовищах при різних кутах падіння
Відповідно до закону Снеллиуса:
кут у середовищі з меншим показником заломлення більший, ніж кут падіння . При зростанні зростає і , і оскільки більше , стане рівним 90( раніше, ніж . Кут падіння, для якого заломлений промінь ковзає по поверхні розділу (тобто для якого = 90(), називається кутом повного внутрішнього відбиття . Кут повного внутрішнього відбиття розраховується по формулі (див. закон Снеллиуса, вважаючи, що = 90()
.
Якщо кут падіння більший (промінь 3), то промінь не заходить в друге середовище, а повністю відбивається усередину першого середовища. Саме цей принцип повного внутрішнього відбиття дозволяє оптичним волокнам проводити світло.
Залежно від величини кута , який утворює з віссю промені, що виходять з точкового джерела в центрі торця світловода (рис.1.3), виникають хвилі випромінювання, хвилі оболонки і сердечника.
Рис. 1.3. Поширення хвиль у світловоді: 1 - хвиля випромінювання; 2 - хвиля оболонки; 3 - хвиля сердечника
Тут показані тільки меридіанні промені. Якщо кут падіння електромагнітної хвилі на межу сердечник-оболонка більший кута повного внутрішнього відбиття, то промінь повністю відбивається на межі і залишається усередині сердечника (промінь 3).
Таке пояснення направленості світла засноване на законах геометричної оптики і не враховує властивостей світла як електромагнітної хвилі. Врахування хвилевих властивостей дозволяє встановити, що з усієї сукупності світлових променів в межах кута повного внутрішнього відбиття для цього світловода тільки обмежене число променів з дискретними кутами може утворювати направлені хвилі, які називають також хвилеводними модами. Ці промені характеризуються тим, що після двох послідовних перевідбиттів від межі сердечник-оболонка хвилі мають бути у фазі. Якщо ця умова не виконується, то хвилі інтерферують так, що гасять один одну і зникають. Кожна хвилеводна мода має характерну для неї структуру електромагнітного поля, фазову і групову швидкості.
Хвилі випромінювання розподіляються безперервно по усій області кутів, що належить їм, і утворюють безперервний спектр. Хвилі оболонки і хвилі випромінювання - паразитні хвилі, які відбирають енергію джерела збудження і зменшують корисну енергію, що передається по серцевині. Ці хвилі важко повністю виключити при збудженні світловода. Крім того, вони також виникають на геометричних нерегулярностях світлопровода і неоднорідностях матеріалу.
Передача світла по будь-якому світлопроводу може здійснюватися в двох режимах: одномодовому і багатомодовому. Одномодовим називається такий режим, при якому поширюється тільки одна основна мода.
Якщо нерівність(1.1) не виконується, то у світловоді встановлюється багатомодовий режим. Очевидно, що тип модового режиму залежить від характеристик світлопровода (а саме радіусу серцевини а і величини показників заломлення) і довжини хвилі світла, що передається. Оптичні волокна, призначені для роботи в одномодовому режимі, називають одномодовими оптичними волокнами. Відповідно ОВ для багатомодового режиму називають багатомодовими.
, (1.1)
де - довжина хвилі випромінювання, що передається, і – показники заломлення матеріалів світловода.
Розрізняють світлопроводи із ступінчастим профілем, у яких показник заломлення серцевини однаковий по усьому поперечному перерізу, і градієнтні - з плавним профілем, у яких зменшується від центру до периферії.
Фазова і групова швидкості кожної моди у світлопроводі залежать від частоти, тобто світловід є дисперсною системою. Викликана цим хвилеводна дисперсія є однією з причин спотворення передаваного сигналу. Відмінність групових швидкостей різних мод у багатомодовому режимі називається модвой дисперсією. Вона є дуже істотною причиною спотворення сигналу, оскільки він переноситься по частинах багатьма модами. У одномодовому режимі відсутня модова дисперсія, і сигнал спотворюється значно менше, ніж у багатомодовому, проте у багатомодовий світлопровід можна ввести велику потужність.
Структурна схема волоконно-оптичного зв'язку
Структурна схема передачі інформації по оптичних кабелях приведена на рис. 1.4.
Інформація, що передається абонентами через передавач, поступає на електрооптичний перетворювач (ЕОП), роль якого виконує лазер (Л) або світлодіод (СД). Тут електричний сигнал перетвориться в оптичний і спрямовується в ОК. На прийомі оптичний сигнал (ОС) поступає в оптико-електричний перетворювач (ОЕП), який використовується фотодіодом (ФД), що перетворює оптичний сигнал в електричний. Таким чином, на передавальній стороні від передавача до ЕОП, а також на приймальній стороні від ОЕП до приймача діє електричний сигнал (ЕС), а від ЕОП до ОЕП по оптичному кабелю проходить оптичний сигнал
Рис. 3. Структурна схема волоконно-оптичного зв'язку
Електричний сигнал, що створюється частотним або тимчасовим методом, модулює оптичну несучу, і в модульованому виді світловий сигнал передається по оптичному кабелю. В основному використовується спосіб модуляції інтенсивності оптичної несучої, при якому від амплітуди електричного сигналу залежить потужність випромінювання, що передається в ОК .
Оптичні системи передачі, як правило, є цифровими (імпульсними). Це пояснюється тим, що передача аналогових сигналів вимагає високої міри лінійності проміжних підсилювачів, яку важко забезпечити в оптичних системах.
Через певні відстані(5, ...., 100 км), обумовлені енергетичним потенціалом апаратури і величиною втрат в ОК, уздовж оптичної лінії розташовуються лінійні регенератори (ЛР), в яких сигнал відновлюється і посилюється до необхідного значення. Крім того, для перетворення коду і узгодження елементів схеми є кодуючі пристрої - перетворювачі коду (ПК) і пристрої узгодження (СУ). Перетворювач коду формує необхідну послідовність імпульсів і здійснює узгодження рівнів по потужності між електричними і оптичними елементами схеми (від апаратури ІКМ поступає високий рівень, а для електроперетворювачів потрібний дуже малий рівень). Передавальні і приймальні пристрої узгодження формують і узгоджують діаграми спрямованості (діаграма спрямованості - це тілесний кут, в якому діє максимальна інтенсивність випромінювання) і апертурний кут між приймально-передавальними пристроями і кабелем. Застосовуються також обладнання введення і виведення випромінювання, ділянки для зрощення оптичних волокон і кабелів, спрямовані відгалужувачі, фільтри і інші елементи оптичного тракту.
Хід виконання роботи:
Варіант 1.
Варіанти індивідуальних завдань
Характеристики
кабелю Варіант
1
2
3
4
5
6
7
Одномодовий
оптичний кабель
Діаметр серцевини 2а, мкм
10
9
9,5
8
8,5
8,4
8,6
Показники заломлення
серцевини,
1,51
1,52
1,53
1,54
1,55
1,56
1,57
оболонки,
1,5
1,5
1,51
1,52
1,53
1,54
1,55
Довжина хвилі , мкм
0,85
0,86
0,87
0,75
0,76
0,77
0,78
Довжина світлопровода L, км
20
12
13
15
16
17
18
Хвилевий опір Z, Ом
377
Багатомодовий оптичний кабель
Діаметр серцевини 2а, мкм
50
51
52
53
54
55
56
Показники заломлення
серцевини,
1,51
1,52
1,53
1,54
1,55
1,56
1,57
оболонки,
1,5
1,5
1,51
1,52
1,53
1,54
1,55
Довжина хвилі , мкм
0,85
0,86
0,87
0,75
0,76
0,77
0,78
Довжина світлопровода L, км
20
12
13
15
16
17
18
Хвилевий опір Z, Ом
377
Розрахунки:
Для одномодового ОВ
Для багатомодового ОВ
Співвідношення коефіцієнтів заломлення:
Числова апертура:
Нормована частота:
Число мод:
Критична частота:
Критична довжина хвилі:
Втрати енергії на поглинання:
Втрати на розсіювання:
Загальні втрати у волкні:
Міжмодова дисперсія:
Смуга пропускання:
Межі зміни фазової швидкості:
Межі зміни хвилевого опору:
Висновок: в ході виконання роботи досліджено параметри одномодових і багатомодових оптичних кабелів зв'язку, вивчено методику розрахунку параметрів оптичних волокон.
19.02.2016 11:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора