Загасання в оптичному волокні - студопедія
3.1. Види і причини загасання
загасання сигналу # 945; в оптичному волокні відбувається по ряду причин:
# 945; п - загасання поглинання;
# 945; р - загасання розсіювання;
# 945; пр - загасання на домішках;
# 945; к - загасання кабельне.
Загасання поглинання відбувається внаслідок мінливих поляризації молекул під дією електромагнітного поля світла (рис. 3.1).
Рис.3.1. Власне затухання (згасання поглинання)
З ростом частоти все більше проявляється інерція молекул, вони не встигають реагувати, і загасання зменшується, так що загасання поглинання обернено пропорційно першого ступеня довжини хвилі.
Велику величину має загасання розсіювання # 945; р. Його причиною є зіткнення фотонів з атомами і неоднородностями в волокні (рис.3.2). При цьому відбувається пружне розсіяння, фотон відбивається при зіткненні і змінює напрямок руху, яке відбувається вже не в межах кута повного внутрішнього відображення, в результаті чого фотон висвічується
Рис.3.2. Релеевское розсіювання фотонів
Цей вид пружного розсіювання називається також розсіюванням Релея або релеевскому розсіюванням. Воно обернено пропорційно четвертого ступеня довжини хвилі і, отже, швидко убуває з ростом довжини хвилі:
Домішки сторонніх речовин, таких як W, Fe, Mb, іонів OH та інших створюють додаткове загасання в своїх резонансних точках. Найбільше загасання при цьому вносять іони гідроксильної групи ОН -. які мають дві резонансні піку поглинання в використовуваному діапазоні хвиль: при # 955; = 1.2 і # 955; = 1.4 мкм. При довжині хвилі понад 1.7 мкм починається так званий інфрачервоний зріз - теплові коливання молекул і різке збільшення загасання. Загальний хід кривої загасання для класичного кварцового волокна показаний на рис. 3.3.
Мал. 3.3. Вид кривої загасання для класичного кварцового волокна
Видно, що в використовуваної смузі частот (довжин хвиль) є три вікна прозорості: при довжинах хвиль 0.85, 1.3 і 1.55 мкм. Збільшення загасання при довжинах хвиль 1.2 і 1.4 мкм відбувається через наявність в кварці іонів гідроксильної групи ОН.
Крім того, додаткове загасання створюють вигини, погані стики і т.д.
3.2. Загасання на вигинах
При вигині волокна виникає додаткове загасання, внаслідок того, що довжина шляху вздовж верхньої і нижньої утворюють волокна неоднакові (рис.3.4). Так як швидкість світла постійна, то "надлишки" світла висвічуються.
Крім того, при вигині змінюється кут відображення проходять променів, так що багато хто з них вже не задовольняють умові повного внутрішнього відображення (Рис.3.5).
При повороті волокна частина модового плями зміщується в оболонку, так що на вигині злегка змінюється і дисперсія (рис.3.6).
Рис.3.6. Зсув модового плями на вигині волокна
У реальному оптичному кабелі волокна відносно вільно розташовані в трубках або пазах, щоб не бути натягнутими і мати ступінь свободи при поворотах і вигинах кабелю. Для стійкості і міцності конструкції ці трубки і пази йдуть по гелікоїду уздовж зміцнюючого сердечника, так що невеликий вигин волокна завжди присутній в кабелі. Цей вид загасання зазвичай називається кабельним загасанням. При монтажі і з'єднанні волокон різних будівельних довжин можливі помилки як в процесі юстирування (точного з'єднання торців волокон), так і в процесі зварювання, що призводить до додаткового загасання (рис.3.7). Коефіцієнт передачі (# 951; =. Де Р1 - потужність перед стиком, Р2 - потужність після стику) при малих значеннях відхилень дорівнює в разі:
радіального зміщення # 951; р ≈ 1 -;
осьового зсуву # 951; про ≈ 1 - NA ·; (3.4)
кутового зміщення # 951; у ≈ 1 -.
Рис.3.7. Можливі стикові неоднорідності при з'єднанні волокон
3.3. Ширина смуги пропускання оптичного кабелю і визначення довжини регенераційної і підсилювальної ділянки.
Дисперсія обмежує швидкість F передачі сигналів по волокну: F ≤ (див. Рис. 1.5) В одномодовому кабелі довжиною L дисперсія дорівнює # 964; = # 964; 1 · L. де # 964; 1 - дисперсія на довжині в 1 км, тому величина
характеризує максимальну допустиму швидкість передачі по волокну довжиною L. Величина F на довжині в 1 км називається смугою пропускання кабелю, а величина
F = 1 / ( # 964; 1 · L) називається пропускною здатністю кабелю на довжині L. Смуга пропускання зменшується з довжиною ділянки і визначає максимальну частоту або швидкість передачі символів по кабелю даної довжини. Знаючи смугу пропускання і швидкість передачі, можна визначити максимальну довжину ділянки, по якій можлива передача. Після цього необхідна регенерація сигналів. Ширина смуги пропускання в МГц · км вказується в документах на кабель.
Крім дисперсії сигнал відчуває згасання, і максимальна довжина ділянки визначається також потужністю сигналу на початку лінії і величиною загасання на довжині L
Максимальна довжина підсилювальної ділянки з урахуванням можливостей апаратури по компенсації загасання зазвичай визначається з виразу:
L ≤ (Е - З - А) / # 945; (3.7). де
Е = Р - Q ≈ 35 дБ - енергетичний потенціал;
Р - потужність передачі; Q - потужність на прийомі;
З ≈ 10 дБ - запас для компенсації старіння;
А - втрати в апаратурі;
# 945; - середнє загасання в кабелі (разом зі стиками) на 1 км довжини.
Таким чином, довжина регенераційної ділянки визначається за мінімальним з двох умов: (3.5) і (3.7). Сказане ілюструється графіком рис.3.7.
Мал. 3.7. Визначення довжини регенераційної ділянки по швидкості передачі F і величиною допустимого загасання a