Расчет оптических и геометрических параметров ВОК
Режим полного внутреннего отражения предопределяет условие подачи света на входной торец волоконного световода, то есть зависит от диаграммы направленности источника излучения. Как видно из рисунка (6), световод пропускает лишь свет, заключенный в пределах телесного угла (А), величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения (В). Этот телесный угол характеризуется апертурой.
Рисунок 7 – Апертура волоконного световода.
Апертура – это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отображения. Обычно пользуются понятием числовой апертуры:
где, n 1,n 2 – показатели преломления соответственно сердечника, оболочки.
По исходным данным n 1 = 1,489, n 2 = 1,487. Тогда, числовая апертура будет равна:
Как видно из рис. 5, между углом полного внутреннего отражения В и апертурным углом падения луча А имеется взаимосвязь. Чем больше угол В, тем меньше апертура волокна А. Необходимо стремится к тому, чтобы угол ввода луча в торец световода укладывался в апертурный угол (А), а угол на границу сердцевина – оболочка был больше угла полного внутреннего отражения В и находился в пределах В …90.
Общее число передаваемых мод в световоде можно определить по формуле:
,
где, V – нормативная (характеристика) частота.
Определим нормативную частоту:
|
|
|
где, а = 5 мкм – радиус сердцевины оптического волокна;
NA – числовая апертура.
Тогда, общее число передаваемых мод в световоде будет равно:
По полученному результату можно сделать вывод, что оптическое волокно является одномодовым.
Расчет затухания оптического волокна
Важнейшим параметром световодов затухание передаваемой энергии.
Для заданных значений скорости передачи информации и вероятности ошибки мощность сигнала на входе фотодетектора должна быть больше некоторой определенной величины. Потери энергии в световодах наряду с дисперсией определяют длину регенерационного участка цифровых ВОЛС. Коэффициент затухания световодных трактов оптических кабелей обусловлен собственными потерями в волокнах световодах к, называемыми структурами, а также деформацией и изгибами световодов при наложении упрочняющих покрытий оболочек в процессе изготовления оптического кабеля.
Собственные потери волоконных световодов состоят из потерь поглощения энергии в диэлектрике. Кроме этого значительный вклад в затухание вносит наличие примесей в сердцевине световода.
Величина потерь на поглощение обусловлена комплексным характером диэлектрической проницаемости, которая связана с tg и линейно растет с частотой
|
|
|
Подставляя в формулу соответствующее значение получим:
Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых сравнимы с длинной волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.
Где, К = 1,38 * 10 – 23 Дж/К – постоянная Больцмана;
По формуле определяем потери рассеяния:
Тогда, собственные потери будут равны:
с = 0,013 + 0,127 = 0,14 дБ / км.
Микроизгибы представляют собой мелкие локальные (сравнимые с диаметром волокна) нарушения прямолинейности волокна. Они обусловлены конструкторско-технологическими неоднородностями, возникающими при изготовлении волокна и кабеля.
Микроизгибы обусловлены скрытой оболочке, характеризуются тем, что полном внутреннем отражении часть энергии просачивается во внешнее пространство, окружающее световод и затухает по экспоненциальному закону. Это энергия достигает защитной оболочки и поглощается последней.
Потери термомеханического характера обусловлены различием в температурных коэффициентах удлинения стекла и материала оболочки, в силу чего появляются внутренние напряжения, сюда же относятся механические воздействия на волокна в процессе изготовления кабеля.
|
|
|
При соблюдении технологического процесса изготовления доминируют потери на микроизгибы. Потери на микроизгибы и в защитных оболочках сравнительно невелики. В целом к составляет 0,1 дБ / км.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 233; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!