Распространение по волоконным световодам

Оптические волокна имеют круглое сечение диаметром 0,1-0,2 мм, изготавливаются из кварцевого стекла (окись кремния SiO₂) с добавлением некоторых окислов (чаще окиси германия) с целью небольшого изменения коэффициента преломления равного 1,5.

Волоконный световодный кабель - это светонесущий сердечник (из пучка световодных волокон) и защитной оболочки. Коэффициент преломления оболочки (n₂) меньше, чем сердечника (n₁). Оболочка выполняет ряд функций - повышает механическую прочность кабеля, защищает волокна от повреждений и обеспечивает малое изменение коэффициента преломления при переходе границы сердечника, что необходимо для снижения дисперсионных искажений.

В сущности волокна - это диэлектрические волноводы оптического диапазона. Поэтому в них, как и в металлических радиоволноводах, могут распространяться только собственные волны с вполне определенной структурой, характеризуемой распределением электрического и магнитного поля по поперечному сечению волокна. Эти волны принято называть модами волновода.

В регулярном цилиндрическом волокне могут возбуждаться как симметричные моды типов H_оm E_om, m= 1, 2, 3…., так и несимметричные моды гибридные HE_nm EH_nm, где n, m=1, 2, 3… Низшим типом, соответствующим максимальной длине волны, является волна HE₁₁. Число распространяющихся по волокну мод определяется в основном отношением диаметра светонесущей части волокна (сердечника) к длине волны, а также характером поперечного распределения коэффициента преломления «профилей преломления». Число распространяющихся мод стремятся уменьшить с целью снижения дисперсионных искажений. Это требует уменьшения диаметра сердечника d_c и разности коэффициентов преломления сердечника и оболочки . Однако, по технологическим причинам в серийно выпускаемых волокнах d_c=20-60 мкм, = 0,01-0,03 при = 0,8-1,5 мкм. Это многомодовые волокна.

Наилучшие характеристики у одномодовых, чтобы этого добиться используют сердечник d_c=1,5-8 мкм и 0,001-0,003. Такие световоды обладают наименьшей дисперсией.

Важнейшим параметром волоконных световод является коэффициент погонных потерь , вызванных поглощением и рассеиванием света, и зависящий от длины волны (0,2……10 дБ/км).

Рис. 4.4.

Как отмечалось, имеется три окна прозрачности: 1,05-1, 2 мкм; 1,3 мкм; 1,5-1,65 мкм, а максимумы поглощения на 0,95 мкм; 1,24 мкм; 1,39 мкм. Объясняется это поглощением гидроксильной примеси.

Полные средние потери по волокну:

(4.5)

где N_нс и N_рс – число неразъемных и разъемных соединений,

L_рси L_нс – потери в одном неразъемном и разъемном соединении в дБ.

Средние потери в неразъемном соединении -0,1 мкм, для одномодовых 0,2 мкм, для многомодовых волокон потери в разъемных в два раза выше.

Другой параметр волоконного световода - погонное удлинение передаваемых импульсов

(4.6)

где - удлинение за счет межмодовой дисперсии,

- удлинение собственно волновода, его конструкции,

- удлинение за счет материальной дисперсии.

Оптические антенны. (ОА)

В ОСС могут применяться как совмещенные приемопередающие ОА, так и независимые антенны.

Основные типы: линзовые и зеркальные. Зеркально-линзовые не получили широкого распространения ввиду сложности конструкции.

Линзовые антенны, как правило, имеют апертуру не более 10 см и используются как приемопередающие на небольшие расстояния.

Линзовые антенны строятся на основе оптических систем простейших однокомпонентных и двухкомпонентных линз Кепнера и Галилея. Реже применяют трехкомпонентные линзы.

Зеркальные (вогнутые зеркала) также делятся на типы в зависимости от построения оптической системы (система Гертеня, Грегори, Ньютона), последняя считается перспективной.

Рис. 4.5.

Основные параметры ОА.

(G) коэффициент, угол пока время (2ω) и ширина диаграммы направленности 2(θ)

(4.7)

S_a и a – площадь и радиус апертуры антенны;

K_u – коэффициент использования площади апертуры;

K_n – коэффициент потерь антенны (КПД)

Параметр угол зрения заимствован из оптики. Под ним понимается угол раствора конуса, в пределах которого реализуется номинальный коэффициент усиления антенны.

передатчик

приемник

2d - рабочая площадь фотодетектора

F – фокусное расстояние.

Дата добавления: 2014-01-06