Волоконно-оптические системы передачи

Автор: Пользователь скрыл имя, 11 Октября 2011 в 08:12, контрольная работа

Описание работы

Функционирование всех компонентов ВОЛС основано на фундаментальных законах распространения света в материальных средах. Поэтому для правильного понимания, а в дальнейшем – расчета и конструирования компонентов ВОЛС, необходимо знать основные физические закономерности, определяющие передачу информации с помощью оптических волн. Для описания процесса их распространения пользуются волновым и лучевым методами. В рамках классической физики уравнения Максвелла позволяют точно решить практически любую электродинамическую задачу. Однако во многих случаях крайне сложно, а подчас и нецелесообразно искать точные решения на базе электродинамики. Так например, в зависимости от размеров поперечного сечения в волоконных световодах пользуются методами геометрической оптики, если их поперечное сечение намного больше длины волны излучения и волновыми методами – когда поперечное сечение сравнимо ч длиной волны.

Работа содержит 1 файл

ВОСП.doc

— 489.50 Кб (Скачать)

Федеральное агентство связи

Бурятский филиал ГОУ ВПО СибГУТИ.

 
 
 
 
 
 
 

 
 

Контрольная работа 

По дисциплине: 

«Волоконно-оптические системы передачи». 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: XXXX
Группа: XXX
Шифр: XXX
Вариант: XXXXX
   
Проверил: Горлов Н.И.
 
 
 
 
 
 
 
 

     г. Улан – Удэ 

     2011г.

ВВЕДЕНИЕ

      Функционирование  всех компонентов ВОЛС основано на фундаментальных законах распространения света в материальных средах. Поэтому для правильного понимания, а в дальнейшем – расчета и конструирования компонентов ВОЛС, необходимо знать основные физические закономерности, определяющие передачу информации с помощью оптических волн. Для описания процесса их распространения пользуются волновым и лучевым методами. В рамках классической физики уравнения Максвелла позволяют точно решить практически любую электродинамическую задачу. Однако во многих случаях крайне сложно, а подчас и нецелесообразно искать точные решения на базе электродинамики. Так например, в зависимости от размеров поперечного сечения в волоконных световодах пользуются методами геометрической оптики, если их поперечное сечение намного больше длины волны излучения и волновыми методами – когда поперечное сечение сравнимо ч длиной волны.

      Учение  о физических явлениях, связанных  с распространением и взаимодействием с веществом или устройствами электромагнитных волн, длина которых лежит в интервале 10-4 … 10-9 м называется оптикой.  Для целей передачи и обработки информации используется не только видимая человеческим глазом часть электромагнитного спектра (0,4 … 0,7 мкм), но также и ближняя часть инфракрасного спектра вплоть до 6 мкм. Волоконно – оптической системой передачи (ВОСП)  называется совокупность активных и пассивных устройств, предназначенных для передачи информации на расстояние с помощью оптических волн (мод) и сигналов. Таким образом, ВОСП – это совокупность оптических устройств и оптических линий передачи, с помощью которых создаются, передаются и обрабатываются оптические сигналы. Оптическим сигналом служит модулированное оптическое (световое) излучение лазера или светодиода, переносимое в оптической линии передачи (среде) в виде совокупности собственных оптических волн (мод) этих линий передачи. 
 

  1. Волоконные  световоды и оптические кабели
    1. Благодаря какому физическому явлению световые волны распространяются  вдоль оптического волокна?

      Принцип  распространения   оптического  излучения  вдоль   оптического  волокна основан на  явлении  полного внутреннего отражения на границе сред с разными показателями преломления. Полное внутреннее отражение может происходить на поверхности раздела сред только тогда, когда луч света распространяется из оптически более плотной среды (например, стекло n1=1,5) в оптически менее плотную среду (например, воздух no=1), и никогда не происходит в обратном случае.

    1. Назовите основные виды дисперсии в ОВ и причины, ее вызывающие.
 

      К основными видам дисперсий относятся  модовая, и хроматическая. Модовая дисперсия связана с различным временем прохождения участка волокна световых мод, двигающихся по разным траекториям. Хроматическая дисперсия связана, прежде всего, с зависимостью скорости распространения светового потока от длины волны источника излучения, т. е. составляющие светового импульса, имеющие разные длины волн, достигают конца оптического волокна с различными задержками времени, искажая, таким образом, исходный импульс.

    1. Какие виды дисперсии являются определяющими для многомодовых и одномодовых световодов со ступенчатым профилем показателя преломления?

      В волокне со ступенчатым профилем показателя преломления преобладает модовая дисперсия вследствие большой разницы времен пробега между осевым и граничными лучами. В градиентном световоде с оптимальным профилем показателя преломления обе дисперсии становятся приблизительно одинаковыми. Напротив, в мономодовом волокне модовая дисперсия не имеет значения и только материальная дисперсия определяет характеристику передачи.

    1. Какой вид дисперсии характерен для световодов с градиентным профилем показателя преломления?

      У  градиентных  световодов  с  плавным  параболическим  законом  изменения  показателя  преломления происходит  выравнивание  времени  распространения  различных  мод  и  определяющей  является  материальная  дисперсия.

    1. Какие длины волн в ОВ соответствуют минимуму его затухания?

     Минимум   затухания  наблюдается  в трех окнах прозрачности  на   длинах  волн: 0,85 мкм, 1,3 мкм, 1,55 мкм.

     

    1. Какие характерные размеры  сердцевины и оболочки многомодовых и одномодовых  ОВ вам известны?

    1. Назовите  особенности конструкции  оптического кабеля (ОК).

      Оптические  волокна (голые) не используются, в условиях эксплуатации их поверхность защищают от влаги и механических повреждений специальной оболочкой. Затем волокна помещаются в модули с силиконовым или гидрофобным заполнением. Далее конструкция кабеля выполняется в зависимости от его назначения. Металл используется в оптических кабелях в качестве силового элемента, броневого покрова, цепей питания

    1. С какими целями в некоторых конструкциях ОК используются металлические  стержни и провода?

      Металлические элементы в конструкциях ОК используются в качестве несущего конструктива, а провода изготавливают из меди и используют для подачи дистанционного питания.

    1. Какими преимуществами и недостатками обладают ОК по сравнению с металлическими кабелями (МК)?

ОК имеют следующие преимущества:

      • Широкая полоса пропускания.
      • Малое затухание оптического сигнала в волокне.
      • Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле.
      • Высокая помехозащищенность.
      • Малый вес и объем.
      • Высокая защищенность от несанкционированного доступа.
      • Гальваническая развязка.
      • Взрыво-пожаробезопасность.
      • Экономичность.
      • Длительный срок эксплуатации.
      • Возможность подачи электропитания.

    Волоконно-оптические системы имеют также и недостатки, к которым в основном относятся дороговизна прецизионного монтажного оборудования, высокая стоимость работ по монтажу, тестированию и ремонту ВОЛС, требование специальной защиты оптического волокна; относительно высокая стоимость лазерных источников излучения.  

ЗАДАЧА  №1.

     

      Определить  дисперсию ОВ, его числовую апертуру, полосу пропускания и максимальную скорость передачи ВОСП, работающий по данному волокну длиной Lу с показателями преломления n1, n2, затуханием αк, дБ/км. Источник излучения работает на длине волны λ0 и характеризуется шириной спектра излучения ∆ λ0,5, измеренной на уровне 0,5 от величины максимальной мощности.

Дано:

Одномодовое ступенчатое оптическое волокно.

Lу км = 60

λ0 мкм = 1,3

λ0,5 нм = 5

n1 = 1,49

n2 = 1,49

αк  дБ/км = 0,8

 

      Дисперсия – временные искажения передаваемых сигналов приводящие к увеличению их длительности (уширению). Она возникает по двум причинам:

некогерентность источников излучения и существование  большого количества мод. Дисперсия  вызванная первой причиной, называется хроматической (частотной) τхр, она состоит из двух составляющих – материальной τм и волноводной (внутримодовой) τв дисперсией. Причина хроматической дисперсии – некогерентность источника излучения. Волноводная дисперсия связана с зависимостью коэффициента распространения от длины волны. Материальная  дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны.

      Дисперсия, вызванная второй причиной, называется  модовой (межмодовой) τмод. Она обусловлена наличием большого количества мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью. Уширение импульсов в результате дисперсии, которое характеризуется временем нарастания сигнала и определяемое как разность между самым большим и самым малым временем прихода лучей в сечение световода на расстоянии от начала в 1км.   

         

                                      Σрез = √ σ2мм + σ2хр

Числовая  апертура находится по формуле:

            

                    NA = √n21 – n22 = √1,492 – 1,492 = 0 

Дисперсия для ООВ рассчитывается по следующей формуле:

нм

Значения и находим из табл.2 методических указаний.

= -3 пс/нм*км

= 5 пс/нм*км

Находим  полосу  пропускания  1  километра  ОВ  в  МГц*км. 

                                 Fов Ly= ГГц*км. 

     ∆Fу – полосу  пропускания участка ОВ находят из соотношения:

     где γ=1 для ООВ

           ∆Fу = 0,187 / 5*10-12*601 = 623,33 МГц*км   

Скорость передачи численно (примерно) равна полосе пропускания, т.е.

V = 623 Мбит/с

2   Источники излучения  и оптические модуляторы

       2.1. Какие источники света (ИС)  применяются в ВОСП?

      В качестве ИС в современных ВОСП применяются  светизлучеющие диоды (СИД) и полупроводниковые лазеры (ПЛ).

     2.2. Какие основные характеристики  ИС вам известны?

      Главнейшие, это сила излучаемого света и яркость.  Сила света, измеряется в канделах и, условно говоря, показывает насколько велика мощность видимого света, излучаемого в данном направлении.  Яркость - это сила света, исходящего с единицы площади источника. Единица её измерения - кандела на квадратный метр (кд/м2), а также электротехнические характеристики это потребляемый ток и напряжение питания.

     2.3. Почему  в  качестве  одного  из  основных  параметров  ИС используется  ток  накачки, а  не  напряжение  на  ИС?

      Зависимость мощности излучения от тока накачки  описывается ватт-амперной характеристикой  лазерного диода. При малых токах  накачки лазер, испытывает слабое спонтанное излучение, работая как малоэффективный светодиод. При превышении некоторого порогового значения тока накачки Ithres, излучение становится индуцированным, что приводит к резкому росту мощности излучения и его когерентности.

Информация о работе Волоконно-оптические системы передачи