În centrul funcționării rețelelor de fibră optică se află principiul propagării undelor luminoase de-a lungul fibrelor optice pe distanțe lungi. În acest caz, semnalele electrice care transportă informația sunt transformate în impulsuri luminoase, care sunt transmise cu distorsiuni minime prin liniile de comunicație cu fibră optică (FOCL). Astfel de sisteme au devenit foarte populare datorită unui număr de avantaje pe care FOCL le are asupra sistemelor de transmisie folosind cabluri de cupru sau aer radio ca mediu de transmisie.
O astfel de bandă face posibilă transmiterea fluxurilor de informații în mai multe terabit o secundă. Avantaje importante ale fibrei optice sunt factori, cum ar fi atenuarea redusă a semnalelor care permit, folosind tehnologia actuală, pentru a construi porțiuni de sisteme optice de o sută de kilometri sau mai mult, fără retransmisie, imunitate ridicat de zgomot asociat cu fibre optice sensibilitate scăzută la interferențe electromagnetice, și multe altele.
Acoperirea exterioară a fibrei (carcasa polimerică) este realizată din materiale plastice sau compozite epoxidice care combină rezistența mecanică ridicată și un indice de refracție de lumină ridicat. Acest strat asigură protecția mecanică a fibrei și rezistența acesteia la sursele externe de radiație optică.
Partea principală a fibrei optice constă dintr-un miez și o cochilie. Materialul miezului este sticla de cuarț ultrapură, care este mediul principal pentru transmiterea semnalelor optice. Menținerea pulsului luminos se datorează faptului că indicele de refracție al materialului miezului este mai mare decât cel al cochiliei. Astfel, cu un raport optim selectat al indicelui de refracție al materialelor, are loc o reflectare completă a fasciculului de lumină din interiorul miezului.
Pentru transmisie, radiația este introdusă la un unghi mic în capătul fibrei optice. Unghiul maxim de penetrare a impulsului luminos în miezul fibrei se numește deschiderea unghiulară a fibrei optice (# 63;). Sinusul deschiderii unghiulare se numește diafragma numerică NA și se calculează după formula:
Pentru a transmite semnale prin intermediul ghidurilor de undă optice, este necesar să existe o sursă de lumină strict coerentă. Pentru a mări distanța de transmisie, lățimea spectrului transmițătorului ar trebui să fie cât mai mică posibil. În acest scop, cele mai potrivite lasere care, datorită luminii emisiei induse, permite o diferență de fază constantă sub Hered la aceeași lungime de undă, având în vedere faptul că diametrul miezului fibrei este comparabilă cu lungimea radiației optice în fibra are loc fenomenul de interferență. Se poate demonstra că lumina se propagă în sticla miezului numai la anumite unghiuri, și anume în direcțiile în care acestea se suprapun, cu intrarea undelor luminoase sunt amplificate. Ei spun că există o interferență constructivă. Valurile de lumină permise care se pot propaga într-o fibră optică sunt numite moduri. Pentru a descrie propagarea luminii în fibrele optice, există mai mulți parametri care trebuie luați în considerare.
Unul dintre parametrii principali este atenuarea. În general, atenuarea se referă la atenuarea fluxului luminos într-o fibră optică. Atenuarea luminii într-o fibră optică are diverse cauze. Poate fi cauzată de absorbția luminii și de împrăștierea radiației. Atenuarea asociată cu coturile de fibră optică. Există două tipuri de îndoire a fibrelor: microbândirea și macrobarea.
Absorbția poate fi definită ca conversia puterii impulsului luminos în căldură și este asociată cu rezonanța din materialul fibros. Există absorbție internă asociată cu proprietățile materialului din fibre și absorbția de rezonanță moleculară și externă, definită prin prezența de urme de impurități în materialul fibros (de exemplu OH-ioni). Fibrele optice moderne au o cantitate foarte mică de microimprimate, astfel încât cantitatea de absorbție externă este minimă și nu poate fi luată în considerare.
Radiația este unul dintre principalii factori de atenuare a luminii într-o fibră optică. Prezența acestui tip de atenuare este în principal asociat cu defect al miezului fibrei optice precum prezența impurităților din fibre, care afectează în mod semnificativ capacitatea de a trece fluxul luminos pe calea corectă, duce la respingerea acesteia și, în consecință, depășind unghiul de refracție și ieșiți din fasciculul luminos prin carcasă. În plus, prezența neomogenităților fibrelor conduce la reflectarea unei părți a fluxului de lumină în direcția opusă (figura 1)
Figura 1 împrăștiere Rayleigh într-o fibră optică.
Atenuarea asociată cu îndoirea fibrei optice. Microbizare se referă la modificări microscopice în geometria miezului fibrei. Macararea macro se referă la îndoirea mare a unei fibre optice care depășește raza minimă admisă și determină ca fluxul de lumină să părăsească miezul fibrei optice. Raza minimă de îndoire a fibrelor cu un singur mod este de zece centimetri. Cu această îndoire, pulsul de lumină se propagă fără distorsiuni puternice. Scăderea razei de îndoire duce la o creștere semnificativă a efectului împrăștierii fluxului de lumină prin mantaua de fibră.
Coeficientul de atenuare pentru o anumită lungime de undă a radiației optice este definit ca raportul dintre puterea de intrare optică și fibră la puterea semnalului optic primit de la fibră. De obicei, coeficientul de atenuare este măsurat în decibeli (dB) și depinde atât de parametrii fibrei optice, cât și de lungimea de undă a fluxului luminos.
Unul dintre factorii care afectează puternic calitatea transmisiei semnalului în fibrele optice este dispersia. O dispersie a luminii este dependența indicelui de refracție n al unei substanțe de frecvența și lumina sau dependența de viteza de fază a undelor luminoase și de frecvența lor. O consecință a dispersiei într-o fibră optică este întinderea unui impuls de lumină care are loc în timpul trecerii sale printr-o fibră optică. Dispersia limitează sever viteza sistemelor optice, reducând în mod semnificativ limita de bandă. Sunt determinate două tipuri principale de dispersie: intermod și cromatic.
Dispersia cromatică este asociată, în primul rând, cu dependența vitezei de propagare a fluxului luminos pe lungimea de undă a sursei de radiație. Spre deosebire de o sursă de lumină ideală, orice sursă reală emite lumină într-o anumită bandă de frecvență. Componentele pulsului de lumină care au frecvențe diferite ajung la capătul fibrei optice cu întârzieri diferite de timp, distorsionând impulsul inițial.
Viteza de propagare a luminii într-o fibră optică este legată de indicele de refracție prin următoarea relație:
unde este viteza propagării luminii în fibra optică, C este viteza luminii în vid, n este indicele de refracție al miezului fibrei, care depinde de lungimea de undă. Pentru a călători de-a lungul unei fibre cu lungimea L, un impuls de lumină necesită un timp t, definit ca:
Din formula (3), se observă dependența timpului de trecere a unui impuls de lumină de-a lungul unei fibre optice pe indicele de refracție al unei fibre optice. Dispersia cromatică este o măsură a modificării indicelui de refracție al materialului de bază și se determină ca prima derivată a indicelui de refracție:
unde n este lungimea de undă a semnalului optic.
dispersia cromatică este exprimată în ps / nm · km fizic și poate fi exprimat ca diferența de timp de propagare a lungimii fibrei optice a unuia semnale kilometru din cele două lungimi de undă, iar aceste lungimi de undă trebuie să fie într-o bandă spectrală sursă de radiație optică dată.
Deoarece indicele de refracție al sticlei de cuarț este minim la o lungime de undă egală cu 1300 nm, un derivat al punctului respectiv este zero și, în consecință, dispersia cromatică este neglijabilă. Acesta este unul dintre motivele utilizării active a celei de-a doua ferestre de transparență în domeniul echipamentelor de telecomunicații. Cu toate acestea, există modalități de a schimba dispersia prin sticlă de dopare cu cuarț. Astfel de fibre sunt numite fibre optice dispersie mutat, și poate avea o dispersie zero la lungimea de undă de atenuare minimă (1550 nm). Acest lucru permite utilizarea lor în sisteme optice care necesită o lățime de bandă foarte mare sau un cablu de deschidere mare, cu un număr minim de elemente de hamei, cum ar fi rețelele de cablu submarin. Figura 2 prezintă dependența dispersiei cromatice de lungimea de undă a radiației.
Figura 2 Dependența dispersiei cromatice la lungimea de undă a radiației.
Dispersia modului este legată de timpul de propagare diferit al unei secțiuni de fibre a modurilor luminoase care se deplasează de-a lungul diferitelor traiectorii. În cadrul diafragmei numerice, cateva sute de moduri admise pot fi introduse in fibra multimode. Toți se vor propaga de-a lungul unor traiectorii diferite, având un timp de tranzit diferit de la sursă la receptor. Impulsul total primit de receptorul de semnal se dovedește a fi puternic întins în domeniul timpului. Prezența dispersiei modurilor este un dezavantaj al sistemelor de transmisie multimodă. Efectul dispersiei intermodice este parțial echilibrat prin amestecarea modurilor. La trecerea prin fibră optică, modurile de comandă inferioară având unghiuri de traiectorie mici față de axa fibrei optice sunt convertite în moduri de ordin mai înalt și invers. Astfel, viteza de trecere a unei părți a fibrei prin moduri este oarecum medie. Dar este necesar să se ia în considerare faptul că procesul de mediere are loc, în primul rând, datorită eterogenității fibrei și, la rândul său, crește considerabil atenuarea totală a semnalului. În fibrele optice cu un singur mod, dispersia intermodală este complet absentă.
Modul de polarizare și dispersiile cromatice limitează sever abilitatea de a transmite semnale optice prin fibră și, după atenuare, reprezintă cel mai mare obstacol în calea creșterii gamei de operații a sistemelor digitale. Dispersia cromatică poate fi compensată, atât prin reducerea benzii spectrului emis de sursa laser, cât și prin deplasarea dispersiei cromatice a cablului în regiunea cu lungimi de undă mai mari. Compensarea PMD este imposibilă și poate fi redusă doar cu creșterea calității fibrelor și cablurilor optice. Valoarea de 0,5 ps / km este, de fapt, standardul internațional acceptat pentru acțiunea maximă admisibilă împotriva minelor. În recomandările pentru liniile de transport pe distanțe lungi, există o tendință de a stabili o cerință care să limiteze valoarea PMD la nu mai mult de 0,1 ps / km.
Parametrii cei mai importanți ai liniei sunt atenuarea și dispersia, deoarece ele afectează întinderea secțiunii de regenerare.
Articole similare
-
Orientarea profesională ca element al politicii de stat a personalului și ca problemă privată -
-
Percuție pulmonară la diferite specii de animale - un studiu al sistemului respirator
Trimiteți-le prietenilor: