Дисперсия и пропускная способность - Оптоволоконные проводники
Параметр (пропускная способность) является наряду с затуханием к важнейшим параметром ВОСП. Он определяет полосу частот, пропускаемую световодом, и соответственно объем информации, который можно передать по ОК.
В предельном идеализированном варианте по ВС возможна организация огромного числа каналов на большие расстояния, но фактически имеются значительные ограничения. Это обусловлено тем, что сигнал на вход приемного устройства приходит размытым, искаженным, причем чем длиннее линия, тем больше искажается передаваемый сигнал.
Данное явление носит название дисперсии и обусловлено различием времени распространения различных мод в световоде и наличием частотной зависимости показателя преломления.
Дисперсия--это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсия приводит к увеличению длительности импульса при прохождении по ОК. Уширение импульса т определяется как квадратичная разность длительности импульсов на выходе и входе формуле
Причем значения и берутся на уровне половины амплитуды импульсов.
Связь между величиной уширения импульсов и полосой частот, передаваемых по ВС, приближенно выражается соотношением
Так, если =20 нс/км, то
Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон использования световодов, но и существенно снижает дальность передачи по ОК, так как чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и больше уширение импульса.
Пропускная способность ОК существенно зависит от типа ВС (одномодовые, многомодовые, градиентные), а также от типа излучателя (лазер, светодиод).
Причинами возникновения дисперсии являются :
Некогерентность источников излучения и появление спектра;
Существование большого количества мод (N).
В первом случае дисперсия называется Хроматической (частотной). Она делится на материальную и волноводную (внутримодовую дисперсию). Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны
Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны
Во втором случае дисперсия называется Кодовой и обусловлена наличием большого количества мод, время распространения которых различно
В геометрической интерпретации соответствующие модам лучи идут под разными углами, проходят различный путь в сердцевине волокна и, следовательно, поступают на вход приемника с различной задержкой.
Результирующее значение уширения импульсов за счет модовой, материальной и волноводной дисперсий
С учетом реального соотношения вкладов отдельных видов дисперсий имеем для многомодовых волокон уширение импульсов
А для одномодовых волокон
Величина уширения импульса в многомодовых волокнах за счет модовой дисперсии, которая характеризуется временем нарастания сигнала и определяется как разность между самым большим и самым малым временем прихода в сечение световода на расстоянии I от начала, может быть рассчитана для ступенчатого и градиентного световода соответственно по формулам
И,
Где -- показатель преломления сердцевины; -- показатель преломления оболочки; L -- длина линии; C-- скорость света;
-- длина связи мод, при которой наступает установившийся режим (5...7 км для ступенчатого и 10...15 км градиентного волокон);
Соответственно пропускная способность градиентного световода в 2/Д раз меньше, чем ступенчатого, при одинаковых значениях Д. Учитывая, что, как правило, Д ? 1%, различие пропускной способности указанных световодов может достигать двух порядков.
Уширения импульса ф в одномодовых волокнах могут быть определены по формулам
Где -- относительная ширина спектра излучения; l --длина линии; с -- скорость света; л -- длина волны; n1 -- показатель преломления.
Для расчета можно воспользоваться также упрощенными формулами
И
Где -- ширина спектральной линии источника излучения, равная 0,1...4 нм для лазера и 15...80 нм для световода; L-- длина линии; и M(л) и B(л) -- удельные материальная и волноводная дисперсии соответственно.
Удельные дисперсии выражаются в пикосекундах на километр (длины световода) и нанометр (ширины спектра). Зависимости материальной и волноводной дисперсий для кварцевого стекла приведены на (рис.12).
Рис. 12. Удельные значения дисперсий в одномодовых волокнах при различных длинах волн:
1 -- волноводная; 2 -- материальная 3 -- результирующая.
Как видно из рисунка, с увеличением длины волны фМат уменьшается и проходит через нуль, а фВв несколько растет. Вблизи л ? 1,35 мкм происходит их взаимная компенсация и результирующая дисперсия приближается к нулевому значению. Поэтому длина волны 1,3 мкм получает широкое применение в одномодовых системах передачи. Однако по затуханию предпочтительнее волна 1,55 мкм, и для достижения минимума дисперсии в этом случае приходится варьировать профилем показателя преломления и диаметром сердцевины. При сложном профиле типа W и трехслойном световоде можно и на длине волны 1,55 мкм получить минимум дисперсионных искажений.
В таблице №5 приведены дисперсионные свойства различных типов ВС.
Таблица №5
Вид дисперсии |
Величина дисперсии световода | ||
Многомодового |
Одномодового | ||
Ступенчатого |
Градиентного | ||
Волноводная |
Малое значение |
Взаимная компенсация | |
Материальная |
2...5 нс/км |
0,1...0,3 нс/км |
Малые значения |
Межмодовая |
30...50 нс/км |
2...4 нс/км |
-- |
Полоса частот |
Десятки мегагерц |
Сотни мегагерц |
Тысячи мегагерц |
Сравнивая дисперсионные характеристики различных световодов, можно отметить, что лучшими обладают одномодовые световоды. Хорошие характеристики также у градиентных световодов с плавным изменением показателя преломления. Наиболее резко дисперсия проявляется у ступенчатых многомодовых световодов.
Рассмотрим пропускную способность ОК. В электрических кабелях с медными проводниками (симметричных и коаксиальных) полоса пропускания и дальность связи в основном лимитируются затуханием и помехозащищенностью цепей. Оптические кабели принципиально не подвержены электромагнитным воздействиям и обладают высокой помехозащищенностью, поэтому параметр помехозащищенности не является ограничивающим фактором. В ОК полоса пропускания и дальность связи лимитируются затуханием и дисперсией.
Затухание ОК растет по закону. В широкой полосе частот оно весьма стабильное и лишь на очень высоких частотах возрастает за счет дисперсии. Поэтому дисперсия и определяет ширину полосы пропускания частот. Из рисунка видно, что полоса пропускания одномодовых световодов существенно больше, чем ступенчатых и градиентных.
Рис. 13. Зависимость дисперсии (ф) и пропускной способности (ДF) ОК от длины линии
На рис.13 показан характер зависимостей дисперсии (ф ) и пропускной способности (ДF ) оптических кабелей от длины линии. Дисперсия приводит как к ограничению пропускной способности ОК, так и к снижению дальности передачи по ним (L). Полоса частот и дальность передачи L взаимосвязаны. Соотношение между ними выражается формулами:
Для коротких линий (L < lC), у которых уширение импульсов с длиной растет линейно,
Для длинных линий (l > lc), у которых действует закон v l изменения величины ширины импульсов,
Где ДF -- дисперсия на 1 км; ДFX -- искомое значение дисперсии; LX -- длина линии; LC -- длина линии устанавливающего режима (5...7 км для ступенчатого и 10...15 км для градиентного волокна).
Километрическое значение полосы пропускания определяется величиной уширения импульсов:
Похожие статьи
-
Волоконные световоды - Оптоволоконные проводники
Основным элементом ОК является волоконный световод, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод имеет...
-
Оптические волокна и особенности их изготовления - Оптоволоконные проводники
Основным элементом ОК является оптическое волокно (световод), выполненное в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому передаются...
-
Физические процессы в волоконных световодах - Оптоволоконные проводники
В отличие от обычных кабелей, обладающих электрической проводимостью и током проводимости, ОК имеют совершенно другой механизм -- они обладают токами...
-
Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную...
-
Линии связи и основные свойства ВОЛС - Оптоволоконные проводники
На современном этапе развития общества в условиях научно-технического прогресса непрерывно возрастает объем информации. Как показывают теоретические и...
-
Введение - Оптоволоконные проводники
История вопроса Разумеется, нет ничего нового в использовании частот оптического диапазона для передачи информации. Визуальные методы связи широко...
-
Основные направления развития и применения волоконной оптики - Оптоволоконные проводники
Открылись широкие горизонты практического применения ОК и волоконно-оптических систем передачи в таких отраслях народного хозяйства, как...
-
Определение пропускной способности предприятия Часы работы зала предприятия с 12:00 до 24:00 ч. Ресторан Средиземноморской кухни работает 12 часов. Т...
-
Оптические кабели российского производства - Оптоволоконные проводники
Первое поколение ОК, созданных в 1986--1988 гг., включает кабели городской (ОК-50), зоновой (ОЗКГ) и магистральной (ОМЗКГ) связи. Современные требования...
-
Достоинства оптических кабелей и область их применения - Оптоволоконные проводники
Наряду с экономией цветных металлов, и в первую очередь меди, оптические кабели обладают следующими достоинствами: Широкополосность, возможность передачи...
-
Краткий обзор развития линий связи - Оптоволоконные проводники
Линии связи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие несовершенства конструкции...
-
Конструкции оптических кабелей - Оптоволоконные проводники
Конструкции ОК в основном определяются назначением и областью их применения. В связи с этим имеется много конструктивных вариантов. В настоящее время в...
-
Как уже говорилось ранее разрешающая способность эхо-метода - минимальное расстояние между двумя одинаковыми дефектами, при котором эти дефекты...
-
Рисунок 5 Схема всасывающего трубопровода Рассмотрим всасывающий трубопровод, запишем уравнения Бернулли для сечений 1-1 и 2-2. = - 3 + - 0,415 - = 3,79...
-
Проводники, Магнитные материалы - Электротехника. Электротехническое материаловедение
Задача 1 . Сопоставьте размеры и вес медной (=58 м/(Оммм2), D =8,9 г/см3) проволоки сечением S М Мм 2 и биметаллической (сталь (=7,7 м/(Оммм2), D =8,9...
-
Находим силу поднимаемого груза: M - масса груза. G - ускорение свободного падения (9,8) Fтр сила поднимаемого груза приходящегося на трос Определяем...
-
Печатные проводники характеризуются в основном двумя параметрами: электрическим сопротивлением и прочностью сцепления проводника с основанием печатной...
-
Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением
Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением В последнее время в фундаментостроении сформировалось и успешно...
-
Характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звукового давления L в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5,...
-
Блок управления реверсивным двигателем
Блок управления реверсивным двигателем В настоящее время практически невозможно указать какую-то отрасль науки и производства, в которой бы не...
-
Обоснование выбора влияющих факторов. Основными параметрами, влияющими на формирование пряжи пневмомеханическим способом, являются крутка и частота...
-
ПОСТРОЕНИЕ НОМОГРАММ ОТДЕЛЬНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ - Расчет оптимального режима резания
Формулы, используемые для расчета режима резания, могут быть выражены графически, в виде номограмм, что в ряде случаев значительно упрощает расчет....
-
Монохроматичность лазерного излучения. Его мощность - Лазеры
Для некоторых квантовых генераторов характерна чрезвычайно высокая степень монохроматичности их излучения. Любой поток электромагнитных волн всегда...
-
Сравнительный анализ методик определения неровноты смешанных пряж - Производство меланжевой пряжи
Целью данной части исследований является определение влияния процентного вложения полиэфирного волокна на точность работы прибора "USNTR", при...
-
Максимальная несущая способность крыла. - Проектирования крыла самолета
Максимальная несущая способность крыла характеризуется величиной, которая зависит: от набора профилей, от размаха крыла, кромки и формы крыла в плане....
-
Новые способы получения меланжевых пряж - Производство меланжевой пряжи
Существует большое количество способов получения меланжевых пряж. Многие из них разработаны давно и широко применяются на текстильных предприятиях. Также...
-
Компьютеризация расчетов производства шоколада - Особенности производства шоколада
Для упрощения технологических расчетов в производстве шоколада одним из авторов была разработана специальная номограмма (Лурье И. С.Номограмма для...
-
Методы анализа запасов - Анализ ABC и XYZ ассортимента с теорией
Предприятия хранят и имеют на учете разное количество запасов. Есть много способов учета запасов, и методов контроля за запасами и составлением нового...
-
Продукция прокатного производства Форма поперечного сечения называется профилем проката. Совокупность профилей различной формы и размеров - сортамент. В...
-
Анализ современного направления моды Пальто - главная вещь сезона, благодаря которой у окружающих будет складываться первое впечатление (рис....
-
Взаимосвязь качества и конкурентоспособности - Качество и конкурентоспособность продукции
В практической деятельности и в теоретических изысканиях нередко ставится знак равенства между качеством и конкурентоспособностью либо вообще не делается...
-
Описание моделей - Производство меланжевой пряжи
1) - для относительной разрывной нагрузки: При увеличении частоты вращения расчесывающего барабанчика с сохранением постоянной крутки относительная...
-
Сахаристые кондитерские изделия - Мучные кондитерские изделия
1. Производство карамели Карамель-- вид продукции с высоким содержанием сахара. При выработке карамели используются патока и фруктово-ягодные начинки....
-
Интенсивное развитие радиоэлектронной техники обусловило постоянное присутствие повышенного уровня электромагнитного излучения (ЭМИ) в окружающей среде...
-
Шум - Проект цеха стального литья на 10000 т
Шум на производстве неблагоприятно воздействует на рабочего: ослабляет внимание, увеличивает расход энергии при одинаковой физической нагрузке, замедляет...
-
Этапы анализа данных - Анализ медико-биологических данных помощью Microsoft Excel и СПП STADIA 6.2
В процессе анализа данных, как правило, присутствуют следующие основные этапы: 1. Ввод данных Введенные данные обычно отражаются в форме электронной...
-
Для обеспечения надежного выявления дефектов необходимо выполнение двух условий: 1. Сигнал от дефекта должен превосходить минимальный сигнал,...
-
Подбор фильтров, Подбор ПЗК, Подбор ПСК - Проектирование системы газоснабжения
Предназначены в ГРП для очистки транспортируемого по газопроводам газа от пыли, ржавчины и др. механических примесей, которые приводят к преждевременному...
-
Введение Локализация и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов предусматривает выполнение многофункционального комплекса задач, реализацию...
-
Современный технический прогресс текстильной промышленности связан с развитием ее техники и технологии. Для успешного управления технологическими...
Дисперсия и пропускная способность - Оптоволоконные проводники