Энергетические процессы в волоконно-оптических системах передачи - Дипломная работа
Материальная дисперсия, обусловленная широким спектром светодиода в таких волокнах, не велика, и ею можно пренебречь. Уменьшение материальной дисперсии, достигаемое выбором лазерного диода, бессмысленно.
По этим причинам, светодиоды обычно выбираются для многомодовых линий связи со ступенчатыми ОВ. Системы, использующие многомодовые ступенчатые волокна и светодиодные источники возможно, по-прежнему будут использоваться в первом окне (0,8…0,9 мкм), где стоимость компонентов не велика. Светодиоды, излучающие в первом окне, не оптимальны для линий связи с градиентными волокнами, потому что материальная дисперсия вызывает значительно большее уширение импульса, чем модовые искажения. Преимущество градиентного волокна обычно исчезает при такой комбинации компонентов. Однако, во втором окне прозрачности (» 1,3 мкм) материальная дисперсия становится минимальной, даже со светодиодным источником излучения. Градиентное волокно и светодиод, работающий в длинноволновой области, могут использоваться для создания системы, передающей информацию с умеренно высокой скоростью на довольно большое расстояние.
Из-за более высоких начальных затрат и увеличенной сложности схемы лазерные диоды используются только тогда, когда это необходимо. Для систем дальней связи с большой емкостью они эффективны при использовании с многомодовыми градиентными или одномодовыми волокнами. Эти системы работают в первом или втором окне прозрачности. Во втором окне затухание в волокне ниже, что позволяет создавать более длинные тракты передачи.
Самые большие значения произведения длины на скорость передачи могут быть достигнуты, когда одномодовый лазерный диод, согласованный с одномодовым волоконным световодом, работает в одном из длинноволновых окон, где затухание волокон невелико.
2 Моделирование оптико-оптического преобразователя(ООП).
Выбор и надлежащее использование ООП требует понимания конструкций волокон и их параметров. В этой главе рассматриваются основные типы волокон и условия распространения волн по ним. Особое внимание обращено на затухание света и дисперсии.
2.1 Затухание света в ОВ
Затухание сигнала в линейном тракте является важным фактором при разработке любой системы связи. Все приемные устройства требуют, чтобы поступающая на их вход мощность, была выше некоторого минимального уровня, так что потери среды распространения ограничивают общую длину линии передачи. Имеются определенные точки в оптической системе, где вносятся потери. Они возникают при вводе света в волокно, непосредственно в самом волокне и в соединениях (неразъемных и разъемных).
Рассмотрим причины потерь в самом волокне в интервале длин волн 0,5…1,6 мкм. В этом участке спектра работает большинство волоконно-оптических систем. Для этой области длин волн существуют волокна с малыми потерями, эффективные источники излучения и детекторы. Для других длин волн этого нет.
Стекло
Большинство интересующих нас стекол состоит из молекул расплавленного стекла (двуокись кремния – SiO2). Стекло является неоднородным по составу – это смесь молекул SiO2, которые имеют изменения в пространственной ориентации молекул в различных точках материала. Это принципиально отлично от структуры кристаллов, в которых составляющие их атомы занимают фиксированные положения в пространстве, и эта структура периодически повторяется. Чтобы изменить значение показателя преломления, в стекло добавляют другие материалы. Обычно легирование выполняют титаном, таллием, германием, бором и другими химическими элементами. Основой является стекло с высоким содержанием двуокиси кремния, из которого может быть сформировано волокно с малыми потерями, если достигнута высокая химическая чистота.
Потери в стеклянных волокнах возникают вследствие поглощения, рассеяния и геометрических дефектов.
Поглощение
Даже самое чистое стекло поглощает свет внутри определенных областей спектра. Это собственное поглощение является естественным свойством стекол. Очень сильное собственное поглощение происходит в ультрафиолетовой части (на коротких длинах волны). Поглощение возникает вследствие сильных электронных и молекулярных переходов. Пик потерь наблюдается в ультрафиолетовой области. Эти потери уменьшаются с приближением к видимой области спектра. Ультрафиолетовое поглощение отстоит далеко от области, где эксплуатируются волоконные системы, так что их вклад незначителен. Конец хвоста ультрафиолетового поглощения может простираться в видимую область, но как уже было отмечено, вносит небольшой вклад в суммарное затухание в этой области спектра. Ультрафиолетовое поглощение показано на рис. 2.1.
Пики собственного поглощения также имеются в инфракрасной области спектра. Для типичных составов стекол пики поглощения, расположенные между 7 мкм и 12 мкм, далеки от области, в которой работают волоконные системы. Инфракрасные потери связаны с колебаниями химических связей типа соединений кремния с кислородом. Тепловое возбуждение заставляет атомы постоянно перемещаться так, что химические связи SiO непрерывно расширяются и сжимаются. Эти колебания имеют резонансную частоту в инфракрасной области спектра. Как показано на рис. 2.1, коротковолновая граница этого механизма поглощения простирается вниз по спектру, приближаясь к области, где функционируют волоконные системы. Инфракрасное поглощение вносит малые потери в верхней части участка спектра (вблизи 1,6 мкм), используемого для волоконной связи. Фактически эти потери исключают использование стеклянных волокон на более длинных волнах.
Можно заключить, что собственные потери обычно невелики в широкой спектральной области, где работают волоконные системы, но эти потери делают невозможным использование волоконных систем, как в ультрафиолетовом, так и более длинноволновом инфракрасном участке спектра.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19