Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Волоконно-оптические линии связиВолоконно-оптические линии связи (ВОЛС) [3,6,11] имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с линиями связи на основе металлических кабелей. К ним относятся: большая пропускная способность, малое затухание, малые масса и габариты, высокая помехозащищенность, надежная техника безопасности, практически отсутствующие взаимные влияния, долговечность, малая стоимость из-за отсутствия в конструкции цветных металлов. Конечно, ВОЛС обладают рядом недостатков: • при создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в оптическое излучение и обратно, а также оптические соединители (коннекторы) с малым затуханием и большим ресурсом на подключение-отключение; точность изготовления таких элементов линии связи должна быть очень высока, поэтому их производство дорогостоящее; • для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое технологическое оборудование; • при обрыве оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при использовании кабелей с металлическими проводниками. Преимущества ВОЛС настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки, эти линии связи очень широко используются на практике. В ВОЛС применяют электромагнитные волны оптического диапазона. Напомним, что видимое оптическое излучение лежит в диапазоне длин волн З80...760нм. Практическое применение в ВОЛС получил инфракрасный диапазон, т.е. излучение с длиной волны более 760 нм. Оптическое волокно (ОВ) изготавливается из недорогого материала - кварцевого стекла в виде цилиндров с совмещенными осями и различными коэффициентами преломления. Внутренний цилиндр называется сердцевиной (Core), а внешний слой - оболочкой (Cladding). Принцип распространения оптического излучения вдоль оптического волокна основан на отражении от границы сред с разными показателями преломления (рис. 6.7).
Угол полного внутреннего отражения, называемый также критическим, при котором падающее на границу двух сред излучение полностью отражается без проникновения во внешнюю среду, определяется соотношением где n1- показатель преломления сердцевины; n2-показатель преломления оболочки, причем n1>n2. Излучение должно вводится в волокно под углом к оси, меньшим θкр. В зависимости от вида профиля показателя преломления сердцевины различают ступенчатые и градиентные ОВ. У ступенчатых ОВ показатель преломления сердцевины постоянен (рис.6.8,а). У градиентных ОВ показатель преломления сердцевины плавно меняется вдоль радиуса от максимального значения на оси до значения показателя преломления оболочки (рис. 6.8, б). В ОВ может одновременно существовать несколько типов волн (мод). В зависимости от модовых характеристик ОВ со ступенчатым профилем преломления делятся на два вида: многомо-довые и одномодовые. Количество мод зависит от значения нормированной частоты λ - рабочая длина волны. Одномодовый режим реализуется при V<2,405. Заранее определенными и сравнительно малыми величинами являются рабочая длина волны и разность показателей преломления δn=n1-n2. Обычно ОВ изготавливают с δn=0,003...0,05. Поэтому диаметр сердцевины одномодовых волокон также небольшой и составляет 5...15 мкм (обычно 9 или 10). Для многомодовых волокон диаметр сердцевины около 50 мкм (обычно 50 или 62,5). Диаметр оболочки у всех типов ОВ 125 мкм. Диаметр защитного покрытия 500 мкм. Наружный диаметр кабеля с числом ОВ от 2...32 с учетом всех защитных оболочек и элементов обычно составляет 5...17 мм. Затухание ОВ определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне. Потери на поглощение зависят от чистоты материала, потери на рассеяние - от неоднородности показателя преломления материала.
Затухание ОВ неоднородно для разных длин волн. Зависимость коэффициента затухания а ОВ от рабочей длины волны приведена на рис.6.9. Данная зависимость имеет три минимума, называемые окнами прозрачности. Исторически первым было освоено первое окно прозрачности на рабочей длине волны 0,85 мкм. Первые полупроводниковые излучатели (лазеры и светодио-ды) и фотоприемники были разработаны именно для данной длины волны. Коэффициент затухания в первом окне значителен и составляет единицы децибелов на километр (дБ/км). Позднее были созданы излучатели и фотоприемники, способные работать на больших длинах волн (1,3 и 1,55 мкм). Современные системы связи обычно используют второе или третье окно с малыми коэффициентами затухания. Современная технология позволяет получить ОВ с коэффициентом затухания порядка сотых долей децибела на километр. Другой важнейший параметр оптического волокна - дисперсия - рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Существуют три типа дисперсии: • модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно; • материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны; • волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны. Поскольку источники оптического излучения излучают некоторый спектр длин волн (светодиоды-15...80 нм; лазеры-0,1...4 нм), дисперсия приводит к уширению импульсов при распространении по волокну и тем самым порождает искажения сигналов. Уширение определяется как - длительность импульса соответственно на входе и выходе ОВ. Единицей измерения уширения является наносекунда на километр (нс/км). При оценке пользуются термином «полоса пропускания», ΔF≈1/τ - это величина, обратная уширению импульса при прохождении им по оптическому волокну расстояния 1 км. Полоса пропускания измеряется в мегагерц-километрах (МГц•км). Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничение на дальность связи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов. Если при распространении света по многомодовому волокну как правило преобладает модовая дисперсия, то одномодовому волокну присущи только два последних типа дисперсии. На длине волны 1,3 мкм материальная и волноводная дисперсии в одномо-довом волокне компенсируют друг друга, что обеспечивает наивысшую пропускную способность. Затухание и дисперсия у разных типов оптических волокон различны. Одномодовые волокна обладают лучшими характеристиками по затуханию и по полосе пропускания. Однако одномодовые источники излучения в несколько раз дороже многомодовых. В одномодовое волокно труднее ввести излучение из-за малых размеров ОВ, по этой же причине сращивание одномодовых волокон сложно осуществить с малыми потерями. Монтаж оптических разъемов для одномодовых кабелей также обходится дороже. Многомодовые волокна более удобны при монтаже, так как размер сердцевины в них в несколько раз больше, чем в одномодовых волокнах. Проще получается монтаж оптических разъемов для многомодового кабеля с малыми потерями (до 0,3 дБ) на стыке. На многомодовое волокно рассчитаны излучатели на длину волны 0,85 мкм-доступные и дешевые излучатели, выпускаемые в очень широком ассортименте. Но затухание на этой длине волны у многомодовых волокон находится в пределах 3...4 дБ/км и не может быть существенно улучшено. Полоса пропускания у многомодовых волокон достигает 800 МГц-км, что приемлемо для локальных сетей связи, но недостаточно для магистральных линий. Полоса пропускания у одномодовых волокон может достигать 5000 МГц-км. Сегодня в мире существует несколько десятков фирм, производящих волоконно-оптические кабели (ВОК) различного назначения. Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи. Основные требования к ВОК сформулированы в рекомендациях ITU-T серии G.650. По условиям эксплуатации кабели подразделяют на монтажные, станционные, зоновые и магистральные. Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую строительную длину. Кабели последних двух типов предназначены
Рис. 6.10. Пример конструкции оптического кабеля: 1 - ОВ, 2 - полиэтиленовая трубка, 3 – силовой элемент, 4 и 5 - соответственно внутренняя и внешняя полиэтиленовые оболочки для прокладки в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух километров. Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число (до восьми) одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до 144 волокон, как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети. При изготовлении ВОК в основном используются два подхода: • конструкции со свободным перемещением элементов; • конструкции с жесткой связью между элементами. Существуют многочисленные комбинации конструкций ВОК, которые в сочетании с большим ассортиментом применяемых материалов позволяют выбрать исполнение кабеля, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям проекта, в том числе стоимостным. На рис.6.10 приведен пример конструкции оптического кабеля. Сращивание строительных длин оптических кабелей производится с помощью кабельных муфт специальной конструкции.
|