Ghidajul de lumină este prezentat în figură. Partea interioară a ghidului de lumină se numește miez (nucleu, uneori tradus ca "miez"), cel exterior - carcasa fibrei optice sau pur și simplu placarea. În funcție de traiectoriile de propagare a luminii, se disting fibrele unidimensionale și multimod. Fibra multimodă (MMF) are un diametru mare de miez de 50 sau 62,5 μm, cu un diametru al carcasei de 125 μm sau de 100 μm, cu o carcasă de 140 μm. Fibra de un singur mod (SMF) are un diametru de miez de 8 sau 9,5 μm cu același diametru al carcasei. În exterior, teaca are o acoperire protectoare (grosime) de 60 μm, numită și o acoperire protectoare. Un ghidaj de lumină (miez în cochilie) cu un strat de protecție este numit fibră optică. Fibrele optice sunt caracterizate în primul rând prin diametrul miezului și cochiliei, aceste dimensiuni fiind înregistrate în micrometre. prin fracția: 50/125, 62,5 / 125, 100/140, 8/125, 9,5 / 125 microni. Diametrul exterior al fibrei (acoperită) este, de asemenea, standardizat, în telecomunicații se utilizează în principal fibre cu un diametru de 250 μm. Sunt utilizate fibre acoperite cu tampon sau pur și simplu cu un buton de 900 μm în diametru, depuse pe acoperirea primară de 250 μm.
Luați în considerare propagarea luminii în fibră. Pentru ca fasciculul să se propageze de-a lungul ghidajului de lumină, trebuie să intre în el la un unghi nu mai mare decât o anumită fibră critică în raport cu axa, adică să intre în conul imaginar de intrare. Sinusul acestui unghi critic se numește diafragma numerică a fibrei NA și se determină în termeni de indicii de refracție absolută ai straturilor de formula
În fibra multimodă, indicele de refracție al miezului nc și nobul coajelor diferă cu numai 1-1,5% (de exemplu, nc: nob = 1,515, 1,50). Diafragma NA = 0,2-0,3 și unghiul la care fasciculul poate intra în ghidul de lumină nu depășește 12-18 ° față de axă. Singurele indicii de fibră modul de refracție variază chiar mai puțin (nc. Nob = 1,505. 1,50), diafragma NA = 0,122 și unghiul nu depășește 7 ° față de axa. Cu cât diafragma este mai mare, cu atât este mai ușor să introduceți un fascicul în fibră, în același timp crește dispersia modului și scade lățimea de bandă (vezi mai jos). Diafragma numerică caracterizează toate componentele unui ghidaj optic de lumină de declin, surse și receptoare de radiație. Pentru a minimiza pierderile de energie, orificiile elementelor conectate trebuie să se potrivească unul cu celălalt.
Strict vorbind, propagarea unui semnal într-o fibră optică este descrisă de ecuațiile lui Maxwell. Soluțiile posibile ale ecuației Maxwell corespund diferitelor moduri de lumină. În majoritatea cazurilor, se poate utiliza aproximarea opțiunii geometrice. Dacă luăm în considerare propagarea unui semnal din poziția optică geometrică, atunci razele de lumină care intră sub unghiuri diferite se vor propaga de-a lungul unor traiectorii diferite. Modurile mai mari corespund radiațiilor care intră într-un unghi mai mare - vor avea un număr mai mare de reflexii interne de-a lungul căii din ghidajul de lumină și vor călători pe o cale mai lungă. Numărul de moduri pentru un anumit ghid de lumină depinde de designul său - indicii de refracție și diametrele miezului și placajului - și lungimea de undă.
Pulsul de lumină, care trece prin fibră, își va schimba forma datorită fenomenului de dispersie - se va "răspândi". Dispersia are trei tipuri: modul, molecula și ghidul de undă.
Modalitatea de dispersie într-o fibră multimodă apare din cauza diferenței în lungimile căilor traversate de raze de diferite moduri. Această varianță este definită ca diferența în timpul de tranzit pe unitate de lungime a fibrei prin diferite moduri, valori tipice fiind de 15-30 ns / km pentru o fibră cu un profil pas. Acesta poate fi redus prin reducerea numărului de moduri - reducerea diametrului miezului (în limita unui singur mod). În plus, această dispersie este redusă prin aplicarea profilului de gradient al indicelui de refracție. După cum se vede în figură, utilizarea unui miez având o schimbare gradient de indice de refracție în fibra multimod poate reduce numărul de moduri, și, prin urmare, se reduce denaturarea impulsului de ieșire. În plus, razele care vin prin calea lung, o parte semnificativă a drumului trece prin mediul cu o densitate mai mică - mai mult decât viteza lor, și ei vin aproape simultan cu traiectorii raze scurte.
O dispersie spectrală, denumită și moleculă sau material, este cauzată de faptul că undele de diferite lungimi se propagă în același mediu la rate diferite, datorită particularităților structurii moleculare. Deoarece sursa emite mai mult de un val și spectrul (deși îngust), grinzile cu lungimi de undă diferite nu vor ajunge simultan la receptor. În regiunea de aproximativ 850 nm, lungimile de undă mai scurte se deplasează mai lent de-a lungul fibrei decât cele mai lungi. În regiunea de 1550 nm, situația este inversată. În regiunea de aproximativ 1300 nm, dispersia este zero. Dispersia moleculară este definită ca diferența de timp de trecere a fibrei dar radiația de diferite lungimi de undă împărțită la diferența dintre lungimile acestor valuri, și o lungime de fibră (unitate - ps / nm / km). Dispersia moleculară este esențială pentru fibra de un singur mod (în multimod, efectul său fiind greu de văzut). Pentru a-și reduce influența, este posibil să se reducă lățimea benzii sursei de radiație și să se aleagă lungimea de undă optimă.
Dispersia ghidului de undă, care este relevantă pentru o fibră cu un singur mod, se datorează diferenței vitezelor de propagare a undelor de-a lungul miezului și a placării.
Fibra monomod, în plus față de pas-index, utilizat mai complex: forma de W, cu două trepte depressirovannoy dublu îmbrăcate și triunghiulare - suprimă cel mai eficient mod parazitare. Aceasta reduce efectul dispersiei asupra formei semnalului transmis, pentru care o astfel de fibră se numește True wave - adevărata undă.
Modul de transmisie - mod unic sau multimod - este determinat de metoda de intrare a luminii în fibră (injecție), de designul fibrei și de lungimea de undă a sursei. Intrarea luminii pentru funcționarea în mod unic ar trebui să fie efectuată de un fascicul îngust exact de-a lungul axei fibrei, aici numai un laser poate fi folosit ca sursă. Pentru transmisia multimodă, se poate utiliza și un emițător LED mai ieftin, cu un model mai larg de radiații. Transmisia în modul unic este posibilă numai la o lungime de undă care depășește o anumită lungime de undă. Această lungime de undă este determinată de designul fibrei (diametrul miezului). Fibra pentru transmisie în un singur mod la o lungime de undă de 1300 nm are o lungime de undă de prag de aproximativ 1200 μm. În consecință, într-o astfel de fibră la 850 nm, transmisia cu un singur mod este imposibilă. În transmisia cu un singur mod, fasciculul este transmis de-a lungul părții interioare a cochiliei, astfel încât transparența sa, ca și transparența miezului, afectează atenuarea semnalului. Aici fasciculul de lumină este caracterizat de diametrul punctului de modă - secțiunea transversală a fibrei prin care se extinde (mai mare decât miezul). Într-o fibră multimodă, lumina nu trece prin coajă, astfel încât transparența sa este nesemnificativă.
Atunci când o sursă de laser funcționează pe o fibră multimodă, în anumite condiții pe neomogenități medii, fasciculul se poate împărți în mai multe moduri propagând de-a lungul unor traiectorii puternic diferite. Acest efect de întârziere a modului diferențial, DMD (Întârziere mod diferențial), are ca rezultat un jitter al semnalului la capătul receptorului, gradul căruia depinde de lungimea fibrei. Efectul DMD asupra acțiunii seamănă cu dispersia modului. Efectul DMD asupra unei fibre cu un profil de gradient al indicelui de refracție poate fi slăbit dacă fasciculul nu este introdus exact în centrul miezului, ci cu o deplasare în afara axei de 10-15 μm. Deplasarea se efectuează fie în emițător, fie într-un cablu de adaptor special al cablului MCP.
Pentru fibra m-mode există conceptul de distribuție a modului de echilibru - PPM, corespunde termenului englez EMD (distribuție mod echilibru). Eficiența transferului de energie în diferite moduri este diferită - pierderile în modurile înalte sunt mai mari decât pierderile la modurile scăzute. În fibrele reale, datorită curbelor și neomogenităților, în timp ce călătoriile luminoase, lumina poate trece de la un mod la altul. Într-o fibră supraaglomerată, în transportul de energie participă și moduri ineficiente. Numai modurile low-order sunt utilizate într-o fibră nonspolyne. Inițial, distribuția modului este determinată de sursa de lumină: LED-ul depășește de obicei fibra, laserul nu umple fibra. Pe măsură ce vă depărtați de sursa care trece prin fibră, începe distribuția modului de echilibru (PPM) și nu mai există tranziții. Interesant, înainte de debutul echilibrului, atenuarea liniei este proporțională cu lungimea fibrei și după debut este proporțională cu rădăcina pătrată a lungimii. Pentru fibra de sticlă PPM se găsește la distanță, măsurată în kilometri, pentru fibrele de măsurare din plastic. Gradul de umplere a fibrelor afectează rezultatele măsurării caracteristicilor sale, precum și rezultatele măsurării pierderilor introduse de îmbinare.
Măsurarea pierderii de inserție pentru o conexiune în condiții PPM va fi mai importantă, dar reflectă atenuarea reală introdusă de articulație într-o linie lungă. Realizările PPM la o lungime scurtă pot fi obținute prin împachetarea fibrei de 5 ori în jurul tijei, a cărui diametru este egal cu dublul razei de îndoire minimă admisibilă (pentru o anumită fibră).
Puterea semnalului optic este măsurată în unități logaritmice dBm (decibel până la milliwatt): un semnal cu o putere de 1 mW corespunde unui nivel de 0 dBm. Uneori se folosește o unitate de dBμ: un semnal cu o putere de 1 μW corespunde unui nivel de 0 dBμ.
Pierderea (pierderea) unui semnal dintr-un element este determinată prin raportul puterii de ieșire Pout la pinul de intrare ca fiind
Semnul minus în fața logaritmului permite exprimarea amortizării prin cantități pozitive. Apoi, o atenuare mai mare va corespunde pierderilor de semnal mai mari, ceea ce este convenabil pentru calcule.
Pe măsură ce fasciculul se propagă, amortizarea se produce datorită împrăștierii și absorbției. Absorbția - transformarea în energie termică - are loc în impregnarea impurităților; mai curat de sticlă, mai puțin această pierdere. ieșire fascicul de fibra - - scattering curbarea apare în fibrele când modurile superioare de raze care părăsesc împrăștierea de fibră se produce în microlipirilor și alte defecte de suprafață media limită.
Pentru a indica atenuarea pe unitatea de lungime a fibrei (dB / km), precum și pentru obținerea valorilor de atenuare în linie atenuarea specifică pe unitatea de lungime înmulțită cu lungimea sa. Atenuarea tinde să scadă odată cu creșterea lungimii de undă, dar dependența nu este monotonă, care se vede pe graficul de mai jos vizibil fibra multimod fereastra transparenta in regiuni cu lungimi de undă de 850 um și 1300 um. Pentru o fibră cu un singur mod, ferestrele sunt în intervalul de aproximativ 1300 și 1500-1600 microni. Firește, pentru a îmbunătăți eficiența comunicării, echipamentul este reglat la lungimea de undă în unul dintre ferestre. Fibra unică este utilizată pentru valuri de 1550 și 1300 nm, în timp ce atenuarea liniară tipică este de 0,25 și, respectiv, de 0,35 dB / km. Fibra multimodă este utilizată pentru valuri de 1300 și 850 nm, unde atenuarea este de 0,75 și 2,7 dB / km.
În transmisia optică, cele mai complexe sarcini sunt legate de capetele și îmbinările fibrelor. Aceasta este generarea de impulsuri luminoase și intrarea lor în fibră, recepția și detectarea semnalelor și conexiunea "simplă" a secțiunilor de fibre una cu cealaltă. Incidentul fascicul de pe capătul de fibre, aceasta nu este inclusă în zbor: aceasta este reflectată parțial înapoi o parte a energiei care trece împrăștiate de defecte (rugozitatea) a unei suprafețe de capăt a unei porțiuni de „ratări“ de con care primesc lumină. Același lucru se întâmplă la ieșirea fasciculului de fibre. Ca urmare, fiecare articulație face pierdere semnal de trecere (valoare tipică de 0,1-1 dB), iar nivelul semnalului reflectat poate fi între 15-60 dB. Pentru a reduce pierderile și reflexiile, se folosesc diferite trucuri constructive. Luați în considerare principalele surse de probleme la intersecții.
Atunci când fasciculul trece prin limita a două medii care diferă în indicele de refracție, are loc o reflexie parțială inversă. Această reflecție, numită Fresnel, este mai mare, cu atât indicii de refracție diferă (nu contează în ce direcție). Pentru o pereche de sticlă-aer, pierderea de reflexie Fresnel la incidență normală este de 0,17 dB. Astfel, la joncțiunea celor două fibre cu cel mai mic spațiu de aer, pierderile de pe această reflecție vor fi doar 0,34 dB (sticlă-aer-sticlă). În modul mnogomodopom, atunci când lumina cade pe interfață nu este perpendiculară, pierderile vor fi mai mari. Pentru a elimina această reflexie, o picătură de gel este introdusă în spațiul dintre fibre, coincis cu sticla în ceea ce privește indicele de refracție. În conexiunile detașabile, reflexia inversă este redusă în alte moduri.
Pierderile din conexiuni sunt alcătuite din amortizarea Lossc și pierderile posibile din cauza inconsecvenței diametrelor și orificiilor elementelor conectate. Pierderile de la nepotrivirea diametrului apar atunci când diametrul elementului de primire (D2) este mai mic decât diametrul elementului de transmisie (D1). atunci
Pierderile calculate prin această formulă vor avea o valoare pozitivă. La D2> = D1, aceste pierderi sunt absente. Pentru fibrele multimod, diametrul miezurilor este implicat în această formulă, pentru fibrele cu un singur mod, diametrele spotului de mod.
Pierderile de la nepotrivirea deschiderilor numerice apar atunci când deschiderea elementului de recepție (NA2) este mai mică decât diametrul elementului de transmisie (NA1). atunci
La NA2> = NA1, aceste pierderi sunt absente.
Deoarece fibrele reale nu au o formă de secțiune transversală ideală circulară, atunci când fibrele sunt fixate, pierderile rezultă din ne-rotunjimea și excentricitatea fibrelor care urmează să fie legate. În plus, pierderile sunt, de asemenea, cauzate de deformarea unghiulară a axelor de fibră. Toate aceste defecte, desigur, pot crește doar pierderile de tranziție. În figura de mai jos, ilustrând aceste pierderi, zonele efective (și conurile) de transmisie a energiei luminoase sunt umbrite - pierderile sunt mai mari cu cât aceste zone sunt mai mici. Dacă există un spațiu de aer între așchii fibrelor care urmează să fie îmbinate, se introduce o amortizare suplimentară, aproape în mod liniar, cu o creștere a spațiului liber. Acest fenomen este folosit în atenuatori. Cu cât deschiderea fibrelor este mai mare, cu atât mai mare această atenuare crește odată cu creșterea clearance-ului. Pierderi suplimentare rezultă din non-paralelismul planelor chips-urilor, precum și din rugozitatea cipurilor.
Destul de ciudat, fibra poate face nu numai atenuarea, ci si amplificarea semnalului. Pe baza unei bucăți de fibră optică dopată cu erbiu, este posibil să se creeze un amplificator de semnal pur optic. Amplificator EDFA (amplificator cu fibre dopate cu erbiu) crește puterea de trecere a semnalului optic cu o lungime de undă de 1550 nm pas 30-40 dB datorită energiei optice de laser pompa cu o lungime de undă de 980 nm. Un astfel de amplificator este mai ușor de implementat decât un amplificator electronic cu un receptor și un transmițător. În plus, deoarece amplifică un semnal pur optic, nu există o problemă de viteză. Amplificatoarele Erbium sunt utilizate în linii lungi.
Trimiteți-le prietenilor: