Оптические системы связи в телекоммуникациях

Современные волоконно-оптические системы передачи обладают большими скоростными возможностями и широкополосностью, стабильностью и надежностью, высокой степенью достоверности передачи информации. Чтобы отвечать этим качествам, все их элементы должны функционировать в строгих технических рамках.Для волоконно-оптической системы передачи (ВОСП), как и для любой кабельной системы (на коаксиальных или симметричных кабелях), существуют общие параметры, измерять которые необходимо при строительстве, пуско-наладочных работах, сертификационных и пусковых испытаниях, а также в процессе эксплуатации при проведении профилактических работ. Вместе с тем ВОСП присущи существенные особенности, обусловленные тем, что носителем информации является поток фотонов.

Работа содержит 1 файл

Курсовая работа.doc

Кафедра Телекоммуникационных Систем

расчетно-графическая работа № 1

По дисциплине: Оптические системы связи в телекоммуникациях

Определить число мод, распространяющихся в оптическом волокне оптического кабеля типа ОКК-50-01-4. На сколько измениться число мод при изменении диаметра сердцевины ОВ в пределах нормы.

На сколько измениться критическая частота в оптических волокнах оптического кабеля типа ОКЛ-01 при изменении диаметра сердцевины ОВ в пределах нормы? Значение параметров ОВ – n2; тип волны HE12.

Насколько измениться критическая длина волны в оптических волокнах оптического кабеля типа ОКЛ-01 с диаметром сердцевины 10 мкм, если изменился передаваемый тип волны и вместо Е01 передается НЕ21?

Определить на сколько изменяться собственные потери в оптическом волокне, если передача сигнала будет передаваться не в третьем, а в четвертом окне прозрачности

Расчет режимов работы регулярного одномодового волоконного световода.

Для заданной длины волны излучения, определить конструктивные параметры волоконного световода, обеспечивающие его одномодовый режим.
Определить числовую апертуру этого световода и его апертурный угол.
Оценить величину уширения импульса одномодового световода длиной L, считая, что вся его дисперсия определяется дисперсией материала. Световод возбуждается с помощью СИД и ПЛ. Величины среднеквадратичной спектральной ширины (дисперсии) источников излучения s(l) приведены в таблице 2.5, 2.6.
Определить эффективность ввода излучения в данный световод, если задан размер излучательной площадки источника излучения (аСИД и аПЛ). Кроме того, следует дать рекомендации по повышению эффективности ввода излучения в световод. Считать, что степень вытянутости диаграммы направленности источников излучения k (каппа) равна для СИД и ПЛ - 5 и 50, соответственно.
Нарисовать схему стыковки двух волоконных световодов «встык» с осевым зазором. Определить допустимую величину осевого зазора при стыковке двух одномодовых волоконных световодов, если задана максимальная величина затухания на стыке аст в дБ. Считать, что величины поперечного и углового смещений равны нулю, но следует учесть величину потерь за счет отражений Френеля на торцах световодов.

Введение

Для волоконно-оптической системы передачи (ВОСП), как и для любой кабельной системы (на коаксиальных или симметричных кабелях), существуют общие параметры, измерять которые необходимо при строительстве, пуско-наладочных работах, сертификационных и пусковых испытаниях, а также в процессе эксплуатации при проведении профилактических работ. Вместе с тем ВОСП присущи существенные особенности, обусловленные тем, что носителем информации является поток фотонов.

ЗАДАЧА 1

1.1 Исходные данные:

1.2 Расчет увеличения числа мод при увеличении диаметра сердцевины

Передача сигнала осуществляется на длине волны l=1,3 мкм. Для дальнейшего решения воспользуемся формулой:

где V – нормированная частота;

а – радиус сердцевины волокна;

n1 – показатель преломления сердцевины волокна;

n2 – показатель преломления оболочки;

l - длина волны оптического сигнала.

Определение, на сколько измениться число мод, при изменении диаметра сердцевины ОВ в пределах нормы:

Изменим диаметр сердцевины:

Определение на сколько изменилось число мод:

При увеличении диаметра сердцевины в пределах нормы, число мод увеличивается на .

ЗАДАЧА 2

2.1 Исходные данные:

2.2 Расчет изменения критической частоты

Определение значения коэффициента преломления n1:

Нахождение критической частоты:

где n1, n2 – показатели преломления сердцевины, оболочки;

– значение корней функции Бесселя для различных типов волн;

D – Диаметр сердцевины оптического волокна.

Определение, на сколько изменится критическая частота при изменении диаметра сердцевины ОВ в пределах нормы.

Значение критической частоты изменилось на .

ЗАДАЧА 3

3.1 Исходные данные:

3.2 Расчет изменения критической длины волны при изменении типа волны

Коэффициент преломления n2:

Критическая длина волны:

Для типа волны Е01:

Для типа волны НЕ21:

Значение критической длины волны при замене типа волны Е01 на НЕ21 изменится на:

Длина волны уменьшится на 2.559 мкм.

ЗАДАЧА 4

4.1 Исходные данные:

4.2 Расчет изменения собственных потерь в оптическом волокне при изменении окна прозрачности

Определение значения коэффициента преломления n1:

Потери энергии на поглощение:

При работе на длине волны 1.55 мкм (третье окно прозрачности):

При работе на длине волны 2.4 мкм (четвертое окно прозрачности):

Потери энергии на рассеяние:

где - коэффициент рассеяния

При работе в третьем окне прозрачности:

При работе в четвертом окне прозрачности:

Собственные потери в третьем окне прозрачности:

Собственные потери в четвертом окне прозрачности:

При изменении передачи сигналов из третьего окна прозрачности в четвертое собственные потери уменьшаться на:

ЗАДАЧА 5

5.1 Исходные данные:

Учитывая, что в световоде границей раздела сред, «сердцевина — оболочка» являются прозрачные стекла, возможно не только отражение оптического луча, но и проникновение его в оболочку. Для предотвращения перехода энергии в оболочку и излучения в окружающее пространство необходимо соблюдать условие полного внутреннего отражения. Реализация этого условия применительно к двухслойному световоду показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Прохождение лучей в двухслойном световоде

По законам геометрической оптики в общем виде на границе «сердечник — оболочка» будут падающая волна с углом φп, отраженная с углом φ0 и преломленная волна с углом φпр (рисунок 1, точка А). Известно, что при переходе из среды с большей плотностью в среду с меньшей плотностью, т. е. при , волна при определенном угле падения полностью отражается и не переходит в другую среду (рисунок 1, точка В). Угол падения , начиная с которого вся энергия отражается от границы раздела сред, т. е. при , называется углом полного внутреннего отражения: , где — соответственно показатели преломления сердечника и оболочки.

При энергия, поступившая в сердечник, полностью отражается и распространяется по световоду (рисунок 1, луч 3 в точке В). Чем больше угол падения волны ,т. е. в пределах от до 90°, тем лучше условия распространения и тем быстрей волна придет к приемному концу. В этом случае энергия концентрируется в сердечнике световода и практически не излучается во вне. При угле, меньшем угла полного внутреннего отражения, т.е. , энергия приникает в оболочку, излучается во внешнем пространстве, и передача по световоду не эффективна (рисунок 1, лучи 1 и 2 в точках А и Б).

Рисунок 2 – Апертура волоконного световода

Режим полного внутреннего отражения предопределяет условие подачи света на входной торец волоконного световода. Как видно из рисунка 2, световод пропускает лишь свет, заключенный в пределах телесного угла ( ), величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения ( ). Этот телесный угол характеризуется апертурой.

Для обеспечения одномодового режима работы световода на заданной длине волны l, зададимся минимально допустимым из технологических соображений диаметром сердцевины . Одномодовый режим реализуется, если нормированная частота V<2.405.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎