Курсовая работа: Волоконные световоды для связи

где с - скорость света в оптоволокне.

Лучи, вошедшие в волновод под углом 0 < φ φкр , придут с запаздыванием в интервале 0... ΔТ . Таким образом, следующий импульс не может быть принят, пока не "утихнут" моды предыдущего. Удельная пропускная способность (от нее можно перейти к полосе пропускания) может быть вычислена так:

ΔT/L = (n1/n2)(Δn/c)

Эта формула не является точной, так как основана на предположении об идеальности источника света, световода и фотоприёмника. С её помощью можно давать только приблизительные оценки пропускной способности. Например, при Δn = 1% (реальное ступенчатое оптоволокно) пропускная способность составит ΔT/L = 3,3·10-8 мкс/км (или погонная полоса пропускания 300 МГц·км).

Для многомодового волокна с последовательным индексом коэффициент преломления плавно (последовательно) изменяется от максимума в самом центре до минимума по краям. Такая конструкция использует тот факт, что свет распространяется быстрее в материалах с низким коэффициентом преломления, чем в материалах с высоким коэффициентом. Поэтому световой импульс, распространяясь в таком волокне, имеет гораздо меньшую модовую дисперсию, а кабель за счёт этого - гораздо большую погонную полосу пропускания от 100 МГц·км до 1300 МГц·км. Наиболее популярный тип многомодового волокна, используемого в локальных компьютерных сетях, обычно обозначается как MM 62.5/125. Здесь ММ означает MultiMode или многомодовое волокно с диаметром сердечника 62,5 мкм и диаметром оболочки 125 мкм.

Из-за сложного процесса изготовления, градиентное оптическое волокно относительно дорого (даже дороже, чем одномодовое волокно), но зато пассивные элементы для него - не такие дорогие, как для одномодового волокна. Многомодовые градиентные волокна используются в небольших и средних телекоммуникационных системах, например, в локальных сетях.

5.2.2 Одномодовые волоконные световоды

Количество мод в существенной степени зависит от диаметра волокна. Так что если диаметр волокна окажется сравнимым с используемой длиной волны, то по волокну будет распространяться только одна мода (рис.7).

Рис.7.Одномодовый волоконный световод

Для точного вычисления максимального диаметра одномодового волокна можно воспользоваться формулой, которая определяет условие одномодовости:

где nс , nоб - показатели преломления сердцевины и оболочки;

λ - длина волны светового сигнала;

D - диаметр волокна.

В частности, для λ = 0,85 мкм, n = 1,46 и Δn = 0,002 одномодовое волокно должно иметь диаметр 8,5 мкм.

Из условия одномодовости вытекает важное следствие: оптоволокно некоторого малого диаметра при одной длине волны источника света будет одномодовым, а при другой - многомодовым.

Для волоконно-оптических линий с одномодовым волокном, где межмодовая дисперсия отсутствует, строгой линейной зависимости полосы пропускания от длины линии нет. Поэтому полоса пропускания этих линий измеряется в абсолютных, а не в удельных величинах.

Свою лепту в уменьшение пропускной способности вносит не только межмодовая дисперсия, но и так называемая хроматическая дисперсия (или дисперсия материала). Дело в том, что показатель преломления (скорость распространения света) зависит и от длины волны. Так как источники света (особенно светодиоды) испускают излучение в некотором диапазоне длин волн, то разность скоростей распространения создает дополнительное размывание светового импульса на приёмном торце.

Полоса пропускания одномодового волокна составляет около 30 ТГц, что на несколько порядков больше, чем у первых двух видов, и мало зависит от длины. В магистральных линиях, вследствие ограничений по частоте, вносимых оптическими усилителями, она ограничена 3 ТГц. Для одномодового волокна диаметр сердечника составляет 8 мкм, что гораздо ближе к обычно используемой длине волны 1300 нм. Это позволяет передавать свет одной нулевой модой и полностью устранить эффект модовой дисперсии, о котором шла речь выше. Однако дисперсия присутствует и называется частотной, она связана с тем, что свет с разной длиной волн (разного цвета) распространяется в волокне с различной скоростью. Таким образом, пропускная способность такого кабеля хотя и увеличивается, но остается ограниченной ~ 100 ГГц и в достаточно сильной степени зависит от спектральной чистоты источника света. Хотя такое волокно и позволяет передавать данные на гораздо большие расстояния - десятки километров, одномодовые системы достаточно дороги, потому что в качестве источника света в них используют сравнительно дорогие лазеры с очень узким спектральным составом излучаемого света. Наиболее популярный тип одномодового волокна обычно обозначается как SM 8/125. Здесь SM означает SingleMode или одномодовое волокно с диаметром сердечн