1. Конструкція оптоволоконного кабелю Оптоволоконний кабель містить [24] , [25] три основних...
2. Загасання сигналу в оптичному волокні
3. Хроматична дисперсія (Chromatic Dispersion)

Конструкція оптоволоконного кабелю

Оптоволоконний кабель містить [24] , [25] три основних елементи ( Мал. 3.2 ):

• обплетення;
• оболонка;
• серцевина.

Мал.3.3.

Конструкція оптичного волокна

Серцевина, волоконний светопроводящий елемент, оточений оболонкою, яка має менший показник заломлення світла. Це призводить до того, що більшість світлових променів в серцевині відображаються всередину серцевини ( Мал. 3.3 ). Чи потрапить промінь знову всередину серцевини, залежить від кута, під яким він перетинає кордон "серцевина-оболонка" (числова апертура2). Якщо промінь входить під дуже гострим кутом до поверхні оболонки, то він поглинається. Поглинання може відбуватися при зміні в оболонці, наприклад, при згинах оптокабеля або при неправильному зрощуванні волокон. При побудові мереж використовуються багатожильні кабелі. на Мал. 3.4 показаний приклад кабелю з 8 волокнами. У центрі розташований сталевий трос для зміцнення кабелю, а зовнішня поверхня покрита сталевий опліткою для захисту від гризунів і зовнішніх силових впливів.

Мал.3.4.

Принцип розміщення волокон в оптичному кабелі
Мал. 3.5. Схема поширення променів в многомодовому кабелі

багатомодові волокна

на Мал. 3.5 показаний принцип поширення променів. У тому числі видно, що при відображенні променя під певним кутом виникає інший промінь - "вторинна мода". Такі промені можуть бути використані для організації другого шляху перенесення інформації. Оптичні волокна, в яких допускається проходження променів до приймача численними шляхами, називаються багатомодовими. У порівнянні з одномодовими кабелями (діаметр серцевини 8,5 або 9,5 мкм) багатомодові кабелі мають більший діаметр (50/62/5 мкм при діаметрі оболонки 125 мкм). Більший діаметр серцевини спрощує їх виготовлення.

Багатомодові дисперсія Звернемо увагу, що відбитий промінь проходить більший шлях, отже, проходження інформації дещо сповільнюється. Запізнілі промені призводять до розширення переданих імпульсів. Величина цього розширення прямо пропорційна ширині імпульсу і обернено пропорційна швидкості передачі. Отже, Багатомодові дисперсія обмежує пропускну здатність оптичного кабелю, яка характеризується коефіцієнтом широкополосности (BDF - Bandwidth Distance Factor). Типове значення BDF у багатомодових кабелів змінюється від 200 до 800 МГц / км. Одномодові волокна більш широкосмугові, їх значення BDF одно від 50-100 ГГц / км [20] . Такий ефект спостерігається у так званих волокон зі ступінчастим показником заломлення. Це волокна, у яких на кордоні "оболонка -сердцевіна" відбувається стрибок коефіцієнта заломлення. Кращі показники BDF у волокна з плавним зміною, показника заломлення від максимального в центрі до мінімального по краях. Таким чином, промені, що проходять ближче до центру, будуть поширюватися з затримкою, в порівнянні з променями, що проходять по його краях. Тому швидкості всіх променів вирівнюються, і промені прибувають до приймача з однаковою затримкою. Волокна із змінним показником заломлення за вказаною вище закону називаються градієнтними волокнами і мають коефіцієнт широкополосности на два порядки більше, ніж волокна зі ступінчастим показником.

Загасання сигналу в оптичному волокні

Загасання вимірюється в дБ / км і визначається втратами на поглинання або розсіювання випромінювання в оптичному волокні. Втрати на поглинання залежать від прозорості матеріалу, з якого виготовлено волокно. Втрати на розсіювання залежать від неоднорідності заломлення матеріалу. Загасання сигналу при певній марці кабелю на одиницю довжини лінії залежить від довжини хвилі сигналу ( Мал. 3.6 ). У сучасних оптичних волокнах найнижче загасання спостерігається на двох довжинах хвилі - 1300 і 1550 нм, так як в цих діапазонах найбільша прозорість кварцу, з якого робиться волокно. На цих частотах, як можна побачити на Мал. 3.6 , Загасання одно 0,35 і 0,2 дБ відповідно. Параметри загасання для різних марок оптичних кабелів показані в табл. 3.2 [10] .

Мал.3.6.

Залежність загасання в оптичному волокні від довжини хвилі Таблиця 3.2. Параметри оптичного кабелю Тип оптичного кабелю d / D мкм NA Погонное загасання дБ / км 850 нм 1350 нм 1550 нм Одномодовий 9,5 / 125 0,15 - 0,4 0,3 Багатомодовий градієнтний 50/125 0,2 2,5 0 , 7 - 62,50 / 125 0,275 3 1 - 80/125 0,28 3,5 1,5 - 100/140 0,4 5 - - Багатомодовий ступінчастий 200/280 0,4 5 - - 200/280 - 6 - - Примітка: d / D - відношення діаметра серцевини до діаметру оболонки, NA - числова амплітуда

Хроматична дисперсія (Chromatic Dispersion)

Хроматична дисперсія виникає в тому випадку, якщо світловий сигнал складається з хвиль різних довжин. Хроматична дисперсія - один з механізмів, що лімітують смугу пропускання волоконно-оптичних кабелів, що погіршують поширення імпульсів сигналу, який складається з різних кольорів світла, що проходить (некогерентність сигналу). Різні довжини хвиль поширюються з різною швидкістю. Хоча більшість оптичних джерел мають однаковий діапазон світлового променя, кожна хвиля з різною довжиною прибуває за різний час, і тому виявляється, що передається імпульс розмивається. Кількісно дисперсія вимірюється щодо швидкості поширення хвиль з різною довжиною, що входять в світловий сигнал. Велика дисперсія означає, що хвилі поширюються з великою різницею по швидкості. Низька дисперсія вказує, що сигнали, суміжні по довжині хвилі, поширюються приблизно з однаковою швидкістю. Впорядкування дисперсії полягає в тому, щоб знизити різницю поширення сигналів різної довжини хвилі по всьому діапазону. Хроматична дисперсія складається з матеріальної і хвильової складових і відбувається при поширенні як в одномодовом, так і в багатомодового волокна. Однак найбільш чітко вона проявляється в одномодовом волокні, зважаючи на відсутність межмодовой дисперсії. Матеріальна складова відображає залежність показника заломлення волокна від довжини хвилі. У вираз для дисперсії одномодового волокна входить характеристика матеріалу, а саме залежності показника від довжини хвилі.

де

У вираз для дисперсії одномодового волокна входить показник заломлення матеріалу, а саме - диференціальна залежність показника від довжини хвилі . Ця складова визначається швидкістю (диференціалом) зростання або зменшення показника заломлення в залежності від довжини хвилі. Зі збільшенням довжини хвилі цей показник може бути позитивним (коефіцієнт заломлення зростає) або негативним (коефіцієнт заломлення зменшується).

Хвильова дисперсія визначається часом поширення сигналу в залежності від довжини хвилі. Диференціал такої функції завжди позитивний (час поширення зі збільшенням довжини хвилі тільки зростає).

де

Підсумкова питома хроматична дисперсія дорівнює

І тут важливим є те, що при певній довжині хвилі (приблизно нм для ступеневої одномодового волокна) відбувається взаємна компенсація і , А результуюча дисперсія звертається в нуль. Довжина хвилі, при якій це відбувається, називається довжиною хвилі нульової дисперсії . Зазвичай вказується певний діапазон довжин хвиль, в межах яких може варіюватися для даного конкретного волокна. Для боротьби з хроматичної дисперсією можна рекомендувати наступні методи.

1. В якості робочої довжини хвилі вибирати довжину, при якій хроматична дисперсія мінімальна.

2. Вибирати джерело з вузьким спектром.

3. Використовувати для передачі сигналів вузькі однополярні імпульси.

4. Застосовувати оптичне волокно, яке компенсує дисперсію (волокно зі зміщеною або вирівняною дисперсією). на Мал. 3.6 наведені криві, що показують залежність затримок для різних типів кабелів [10] . Як видно з рис.3.7 , Довжина хвилі нульової дисперсії для багатомодового градієнтного і одномодового ступеневої кабелів - 1300 нм і для одномодового зі зміщеною дисперсією - 1500 нм. У реальних кабелях внаслідок виробничих допусків типові значення дисперсії порядку 1-3,5 пс / км нм.

Встановлено, що при певній формі сигналу ( Мал. 3.8 ) Він має найменшу дисперсію. Такі імпульси називаються солітонів.