Защита волокна

Основной защитой волокна от механических разрушений и развития микротрещин является первичное защищающее упрочняющее покрытие (ПЗУП). Как правило, ПЗУП представляет собой эпоксиакрилатный лак, нанесенный методом напыления (экструзии) на поверхность оболочки.

Наряду с ПЗУП обычно существует ВЗУП, выполненное также из лака или полиэтилена высокой плотности. Все волокна для кабелей дальней связи имеют ВЗУП лаковое, станционные – полимерное ВЗУП. Диаметр волокна с защитным покрытием составляет величину 240¸700мкм.

Апертура

Апертурным углом q_А называют угол между осью и направляющей светового конуса, для которого выполняется условие полного внутреннего отражения для всех лучей, попадающих в пределы данного конуса. Таким образом апертурному углу соответствует предельный угол полного внутреннего отражения.

Лучи, для которых выполняется условие полного внутреннего отражения, называются направляемыми лучами.

Лучи, покидающие пределы сердцевины, т.е. преломленные подразделяются на вытекающие и излучаемые. Таким образом полезными для передачи информации являются только направляемые лучи. Излучаемые и вытекающие лучи являются паразитными и приводят к потере световой энергии. Поэтому стараются световой поток от источника излучения направить в торец ОВ под углом не больше апертурного, чтобы большая часть энергии распространялась в виде направляемых лучей. Кроме перечисленных выше, все лучи делятся на меридиальные и косые. Все направляемые лучи являются меридиальными. Все паразитные лучи в основном косые.

Как и у обычного волновода, у волоконного световода существует своя критическая длина волны l_кр и частота отсечки f₀.

NA – Числовая апертура

- Эффективная числовая апертура

По величине NA все волокна делятся на 2 вида: низкоапертурные (NA=0,1…0,2) и высокоапертурные (NA=0,2…0,5).

Рассматривая затухание светового луча в световоде, изобразим графически частотную зависимость.

Наряду с лучевой теорией распространения света ряд процессов (в частности дифракция, интерференция) могут быть пояснены только с использование волновой теории света.

Согласно этой теории систему уравнений Максвелла можно представить в виде волнового уравнения 2-го порядка при рассмотрении процессов в сердцевине и оболочке.

Рассмотрим волновое уравнение для составляющей электрического поля, действующего вдоль оси Z в сердцевине световода.

аналогично волновое уравнение можно составить для Н_Э.

- поперечный коэффициент распространения в сердцевине

где - волновое число среды.

- коэффициент распространения в волоконном световоде.

Для оболочки световода уравнение будет аналогичным. В уравнении вместо будет - поперечный коэффициент распространения в оболочке световода.

Решением данных волновых уравнений являются функции Ханкеля. Это цилиндричесские функции 3-го рода. В общем случае существует бесконечное количество решений данных волновых уравнений, которое может быть представлено в виде суммы, называемой нормированной частотой световода.

Нормированная частота световода:

где - радиус сердцевины и оболочки.

Нормированную частоту, как сумму решений для сердцевины и оболочки, можно представить как при условии, что весь световой поток распространяется в сердцевине

-ступенчатое волокно.

- градиентное волокно.

Затухание при передаче оптических сигналов по ОВ складывается из следующих составляющих:

- собственное затухание ОВ

- затухание поглощения

- затухание примесей

- затухание рассеяния

-затухание в инфракрасном диапазоне.

При изготовлении ОК

- кабельное затухание, которое определяется изгибами ОВ в структуре сердечника кабеля, т.е. будет определяться рассеянием энергии на изгибах волокна.

Рассмотрим механизм возникновения составляющих затухания.

Составляющая связана с тем, что частицы кварца имеют способность поляризоваться и переориентироваться в пространстве, как и частицы любого другого диэлектрика. Таким образом определяется тепловыми потерями световой энергии в структуре волоконного световода. Также как и у обычного диэлектрика здесь вводится понятие tgd. Однако, для чистого кварца величина tgd значительно меньше чем у самого лучшего диэлектрика ЭКС.

Для кварца tgd»10^-10

Составляющая потерь на примесях зависит от наличия примесей в структуре кварца – это ионы Fe, Cu и др. Кроме того, в составе световода могут действовать гидроксильные группы ОН^-, также приводящие к увеличению затухания.

Затухание рассеяния связано с рассеянием световой энергии на различных локальных изменениях показателя преломления сердцевины, т.е. неоднородностей. При этом нарушается условие полного внутреннего отражения и световая энергия покидает сердцевину.

Аналогично действуют потери на изгибах волокна, т.е. световой поток на изгибах покидает сердцевину.

Составляющая затухания в инфракрасной части спектра связана с работой на длинах волн 1,55мкм и более. Вследствие того, что в кварце существует два резонансных явления, связанных с резонансом электронов атомов, резко возрастает затухание распространения волны. Таким образом для l=0,85мкм и менее следует учитывать затухание в ультрафиолетовой части спектра.

Суммарная зависимость затухания ОВ имеет вид:

В чистом кварце, даже при высшей степени очистки, нельзя добить затухания ниже указанных значений.

Для дальнейшего уменьшения затухания необходимо убрать линию в ИКЧС. Этого можно добиться путем легирующих добавок. В качестве таких добавок используются эрбий и фторид натрия.

В легированных волокнах можно добиться затухания тысячных долей дБ/км.

Релеевский коэффициент характеризует степень неоднородностей ОВ.

Дисперсией ВС называется рассеяние во времени модовых или спектральных составляющих оптического сигнала.

Уширение импульсов есть следствие действия дисперсии.

Межмодовая (модовая) дисперсия.

- относительный показатель преломления.

Каждая мода обладает своей траекторией распространения, соответственно своей скоростью и своим временем прихода на выход ОВ, таким образом размывается на выходе в колоколообразный импульс.

Дисперсия за счет спектральных составляющих оптического сигнала называется хроматической дисперсией.

характеризует зависимость коэффициента распространения по ВС от l.

- характеризуется зависимостью показателя преломления от l. Общее действие хроматической дисперсии задается параметрами D(l)

коэффициент берется на 1 км.

В общем случае дисперсия ОВ определяется как среднеквадратическое значение

В одномодовых волокнах модовой дисперсии нет.

Таким образом в силу своих плохих дисперсионных характеристик многомодовые волокна в настоящее время используются только на локальных сетях. На транзитных сетях и сетях доступа используются одномодовые волокна.

Для снижения хроматической дисперсии в одномодовых волокнах используют то, что материальная дисперсия может менять свой знак. Точка в которой она равна нулю называется точкой нулевой материальной дисперсии. Она соответствует длине волны 1,28 мкм для кварца.

Точка нулевой дисперсии для ступенчатого одномодового волокна смещается на l=1,3мкм. Таким образом ступенчатые одномодовые волокна можно использовать во втором окне прозрачности.

Меняя профиль показателя преломления смещают точку нулевой хроматической дисперсии в область 3-го окна прозрачности, такие волокна называются волокнами со смещенной дисперсией.

Применяя W-образный показатель преломления получают волокна со сглаженной хроматической дисперсией в пределах окна прозрачности.

Затухание и дисперсия являются двумя основными параметрами, определяющими длину регенерационного участка систем передачи.

Сравнение НСЭ по качеству:

Тип НСЭ	Параметры затухания	Внешнее поле	Частотный диапазон	Количество каналов
затухание в металле	затухание в диэлектрике	затухание излучения
СК	+	+	-	+	до 10^6	до 1000
ВЛС	+	+	+	+	до 10^5	до 15
КК	+	+	-	-	до 10^9	до 10000
Металл. волновод.	+	+	-	-	10^10¸10^12	до 100000
ВОЛП	-	+	-	-	10^12¸10^15	до 1000000

Сравнение НСЭ по стоимости:

Как по качеству, так и по стоимости наиболее выгодным является ВОЛП.

Цепи и тракты НСЭ постоянно находятся под воздействием сторонних электромагнитных полей того, или иного происхождения.

Различают две группы сторонних электромагнитных полей:

1) Внешние, энергетически не связанные с НСЭ.

2) Внутренние, это соседние физические или искусственные цепи данной линии создающие взаимные влияния.

Внешние источники подразделяются:

- естественные – это грозовые разряды, солнечная радиация, космическое излучение, магнитные бури.

- созданные человеком – это высоковольтные ЛП, ЭЖД, городской электротранспорт, а также радиостанции.

Источники сторонних электромагнитных полей воздействуют как на сигнал, передаваемый по ЛС, так зачастую и на человека и оборудование, работающее по ЛС. Поэтому все сторонние электромагнитные поля подразделяются на два вида:

1. Опасные, создающие возможность повреждения ЛС, оборудования и обслуживающего персонала. Опасными источниками являются также источники наводящие напряжение выше 36В.

2. Наводящие напряжение ниже 36В называются мешающими. Они могут резко снизить помехозащищенность линии и привести к ухудшению качества передачи.

Типичным источником электромагнитных полей являются разряды молний вблизи от ЛС. Типичными мешающими влияниями являются радиостанции работающие в спектре частот передаваемых по ЛС.

Отличительными особенностями взаимных и внешних влияний являются:

1. Расстояние от ЛС до внешних источников значительно больше поперечных размеров ЛС.

2. Интенсивность внешних источников намного больше, чем у источников взаимных влияний.

3. Внешние источники действуют на ограниченных участках ЛС и, как правило, непродолжительное время.

4. Взаимные влияния действуют на всем протяжении ЛС в течении всего времени эксплуатации ЛС.

Хотя интенсивность взаимных влияний на много меньше, но в ряде случаев они вогут полностью нарушить процесс передачи по ЛС.

Дата добавления: 2014-01-06