Анализ апертуры в оптическом волокне

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 1

Исх.данные: ?=0,011

n1 =1,503 (ОКК-50-01)

n1 =1,5 (ОКС-50-01)

Определить: на сколько отличается величина числовой апертуры в оптическом волокне оптического кабеля ОКК-50-01от числовой апертуры оптического волокна в кабеле ОКС-50-01?

Решение:

Рисунок 1. - Апертура ОВ

иА -Апертурный угол. Плоский угол иА с вершиной на торце ОВ образованный продольной осью сердцевины ОВ и световым лучом, для которого внутри сердцевины выполняется режим полного внутреннего отражения, называется апертурным углом.

Телесный угол с вершиной на торце сердцевины ОВ соответствующей плоскому апертурному углу, называется апертурой ОВ.

Апертура ОВ выделяет совокупность световых лучей, для которых в сердцевине ОВ выполняется режим полного внутреннего отражения. (цП>иВ), т.е. которые будут распространятся по сердцевине ОВ.

Световые лучи (луч 2), падающие вне апертуры, будут преломляться из сердцевины в оболочку. цП<иВ, следовательно, распространятся по сердцевине ОВ не будут.

В зависимости от условий ввода световой энергии в ОВ и отчисленного значения рабочей длины волны, в ОВ существует три типа световых волн:

НВ - Направляемая волна, переносящая световую энергию по сердцевине ОВ. Обуславливает передачу световых сигналов по ОВ;

ВВ - Вытекаемая волна, переносящая световую энергию по оболочке ОВ;

ИВ - Излучаемая волна, переносящая световую энергию из ОВ в окружающее пространство.

Все три типа световых волн показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. - Типы световых волн в ОВ

Направляемая волна возбуждает в сердцевине ОВ большое число световых мод, у которых одинаковая длина волны л, но разные траектории распространения.

При пересечении траектории распространения световых мод происходит их интерференция (сложение или вычитание).

В результате интерференции число мод по мере распространения в сердцевине ОВ уменьшается.

Через определенные расстояния от начала ОВ, называемые «длиной связи мод», интерференция направляемых мод прекращается и число направляемых волн в сердцевине ОВ стабилизируется (установившийся режим).

Числовая апертура NA определится по формуле (1):

где n1 - показатель преломления сердцевины ОВ

n2 - показатель преломления оболочки ОВ

Так как ?=( n12- n22)/2n12=( n1- n2)/n1 [1, стр.16]. то найдем показатели преломления оболочки ОВ для обоих кабелей:

n2= n1-

n2= 1,503 -=1,4299?1,43 (ОКК-50-01)

n2= 1,5-=1,4926?1,49 (ОКС-50-01)

По формуле (1) найдем числовые апертуры для обоих кабелей:

NA1=?0,46 (ОКК-50-01)

NA2=?0,17 (ОКК-50-01)

Определим разницу между числовыми апертурами оптических кабелей:

NA1- NA2=0,46-0,17=0,29

Ответ:0,29

Задача 2

Исх.данные: ?=0,01

n1 =1,49 (ОКС-50-01)

Определить: число мод и на сколько изменится число мод при увеличении диаметра сердцевины в пределах норм?

Решение:

Согласно ТУ 16.К71-084-90 «КАБЕЛИ ОПТИЧЕСКИЕ ДЛЯ ГОРОДСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ ЕАСС НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ 1,3 мкм» кабели станционные предназначены для работы в помещениях телефонных станций в стационарных условиях при температуре окружающего воздуха от минус 10 до 50 °С

Марки и область применения кабелей приведены в табл. 1.

Таблица 1

Кабели марок ОКК-50-01, ОКК-10-01, ОКК-50-02, ОКК-10-02, ОККО-50-01, ОККО-10-01, ОККО-50-02, ОККО-10-02, ОККС-50-01, ОККС-10-01 по требованию потребителя изготавливают с наружной защитной оболочкой, не распространяющей горение, при этом в марке кабеля добавляется индекс Н (ОККН). апертура оптический волокно луч

Пример условного обозначения при заказе и в документации другого изделия:

кабеля марки ОКК-50-01 с диаметром сердцевины волокна 50 мкм, модификации 01, с затуханием до 0,7 дБ/км, с числом оптических волокон 8:

Кабель ОКК-50-01-0,7-8 ТУ 16.К71-084-90

Таким образом, длина световой волны л =1,3 мкм, а диаметр сердцевины кабеля =50 мкм.

n2= 1,49-=1,4832?1,48

По формуле (1) найдем числовую апертуру кабеля:

NA=?0,17

Определим нормированную частоту кабеля по формуле:

N==105,37

Из формулы видно, что чем больше диаметр волоконного световода (ВС) и меньше длина волны, тем больше возникает число мод. Причем в градиентных ВС число мод в 2 раза меньше, чем в ступенчатых[1,стр.21].

Ответ:105,37.

Задача 3

Ширина электрооптического дефлектора, предназначенного для сканирования коллимированного светового пучка с апертурой Dвх=2,l см, равна 3 см. Длина волны управляемого излучения л =0,67 мкм. Световой пучок имеет круглое сечение для которого ж=1,7. Показатель преломления материала дефлектора n=1,9, максимальное изменение показателя преломления ?n =2 10-4.

Определить максимальную длину пути луча в дефлекторе Lmax максимальный угол отклонения светового луча ?б и разрешающую способность дефлектора N.

Решение:

Найдем коэффициент, характеризующий приращение угла отклонения на единицу длины пути луча в активной среде.

KL===17,6 рад/м

Вычислим максимальный угол отклонения луча:

?бmax=2*=2*)=

=7,96*10-2 рад=45°36ґ

Рассчитаем максимальную длину пути луча дефлектора:

Lmax==((3*10-2-2,1*10-2)/17,6*10-2))0,5=0,23 м

Определим разрешающую способность:

N=?б*/ ж* л=7,96*10-2*2,1*10-2/1,7*0,67*10-6=1468 эл

Ответ: Lmax=0,23 м, ?бmax=7,96*10-2 рад, N=1468 эл

Задача 4

Исх.данные: ?=0,012

n2 =1,48

tgд =10-11

Определить: на сколько изменятся собственные потери в оптическом волокне, если передача сигналов будет осуществляться не в четвертом, а во втором окне прозрачности?

Решение:

Окном прозрамчности (англ. Transmission Window, Telecom Window) -- диапазон длин волн оптического излучения, в котором имеет место меньшее, по сравнению с другими диапазонами, затухание излучения в среде, в частности -- в оптическом волокне. Стандартное ступенчатое оптическое волокно (SMF) имеет три окна прозрачности: 850 нм, 1310 нм и 1550 нм. К настоящему времени разработаны четвёртое (1580 нм) и пятое (1400 нм) окна прозрачности, а также оптические волокна, имеющие относительно хорошую прозрачность во всём ближнем инфракрасном диапазоне.

Неоднородность затухания света в оптическом волокне в разных диапазонах длин волн обусловлено неидеальностью среды, наличием примесей, резонирующих на разных частотах.

Затухание в разных окнах прозрачности неодинаково: наименьшая его величина -- 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны 1550 нм, поэтому третье окно прозрачности используется для организации связи на большие расстояния. Во втором окне прозрачности (1310 нм) затухание выше, однако для этой длины волны характерна нулевая дисперсия, поэтому второе окно используется на городских и зоновых сетях небольшой протяжённости. Первое окно прозрачности используется в офисных оптических сетях; использование этого окна прозрачности незначительно. [2]

Рис.3 График зависимости затухания в кварцевом волокне от длины волны излучения и три окна прозрачности[2]

Согласно [1],собственные потери волоконных световодов бс состоят из потерь поглощения бп и потерь рассеяния бр.

Рассчитаем потери на поглощение для второго и четвертого окон прозрачности по формуле:

бп=8,69** tgд

бп2=8,69** 10-11=3,08*10-4 дБ/км

бп4=8,69** 10-11=2,56*10-4 дБ/км

Рассчитаем потери рассеяния для второго и четвертого окон прозрачности по формуле:

бр=Кр/л4

где Кр-коэффициент рассеяния, для кварца равен 0,8 (мкм4 дБ/км)

бр2=0,8/1,314=0,27 дБ/км

бр4=0,8/1,584=0,13 дБ/км

Определим собственные потери световода для второго и четвертого окон прозрачности:

бс2= бп2+ бр2=3,08*10-4+0,27?0,27 дБ/км

бс4= бп4+ бр4=2,56*10-4+0,13?0,13 дБ/км

Ответ: при передаче сигнала во втором окне прозрачности собственные потери волновода увеличатся в 2 раза по сравнению с четвертым окном прозрачности.

Задача 5

Исх.данные: и=3,3° (ОКЛБ-01-0,3)

n1 =1,508

?=0,011

Определить: возникающие потери при угловом смещении торцов волокна.

Решение:

Определим числовую апертуру по формулу:

NA= n1*=0,224

Определим апертурный угол:

sin иA= NA=0,224иA=13°

Определим коэффициент передачи оптической мощности при угловом смещении торцов[3]:

Ки=1- и/ иA=0,75

Определим потери, вносимые рассогласованностью волокон[3]:

би=10*lg(1/ Ки)=10* lg(1/ 0,75)=1,25 дБ

Ответ: би=1,25 дБ

Список литературы

1. Гроднев И.И., Мурадян А.Г., Шарафутдинов Р.М. и др. Волоконно-оптические системы передачи и кабели - М.: Радио и связь,1993. - 264 стр. : ил.

Размещено на Allbest.ru