Волоконно – оптические линии связи (волс)

ВОЛС находят всё большее применение в устройствах передачи изображений, для обмена информацией между различными устройствами ЭВМ или отдельными машинами в вычислительных сетях, иерархических системах обработки информации.

По мнению специалистов ВОЛС займут доминирующее положение. Это связано:

- с малым поперечным сечением и малой массой волокон;

- большой широкополостностью;

- невосприимчивостью к внешним электромагнитным помехам- отсутствием внешних излучений;

- отсутствием К.З.;

- широким температурным диапазоном работы.

Основу ВОЛС составляет световод или оптическое волокно. Схема прохождения сигнала поясняется следующим рисунком.

 

1- отраженный луч света

2- выходящий луч света

3- сердцевина

4- оболочка

5- падающий луч света

Луч света падающий под углом q на торец световода, проходит в его сердцевину и отражается под углом R от оболочки.

Отражение происходит вследствие разности коэффициента отражения оболочки n₀ и сердцевины n_c; После многократного отражения луч света выходит из противоположного конца световода практически неизменным.

Показатели преломления сердцевины и оболочки определяют эффективность ввода излучения в световод. Чем больше разница, тем эффективнее световод. Неоправданно большая разница между показателями преломления сердцевины и оболочки ведет к увеличению дисперсии (расширения импульса).

Затухание света в световод обусловлено поглощением и рассеиванием в материале сердцевины и потерям на излучение. Степень поглощения света материалом световода определяется его примесями, каждый вид которой обладает определенной полосой поглощения. Так в волоконных световодах на основе кварцевого стекла основной примесью является ионы ОН^-, имеющие максимальные потери при длине волн 950 мм и слабые полосы поглощения на длинах волн 725, 825, 875 мм.

При концентрации ионов ОН^- равной 10^-6 – потери на длинных волнах вблизи 950 мм составляют~ 1дб/мм.

Уширение импульса в световодах происходит из- за наличия в них: дисперсии материала, межмодовой дисперсии.

Межмодовая дисперсия - следствие того, что свет введенный в световод под углом к оси, проходит более длинный путь, по сравнению со светом распространяющимся вдоль оси. Эта разница длин приводит к расплыванию входного импульса. В многомодовых световодах из кварцевого стекла с полимерной оболочкой уширение импульсов может быть 20 нс/км.

Дисперсия материала обуславливается нелинейной зависимостью показателя преломления материала от длины волны света. Для стеклянных световодов уширение импульса из- за дисперсии материала (длина волны 820 нм составляет 3,0 – 3,5 нс/км. Отсюда если принять критической длиной световода его длину, при которой уширение импульса равно длительности исходного импульса для определенной скорости передачи информации, то при V= 10 Мбит/с критическая длина световода равна 25 км при использовании в качестве источника света светоизлучающий диод (СИД) и 50 км при использовании лазерных источников света.

Изгибы световода приводят к потерям на излучение, которые сильно возрастают с уменьшением радиуса изгиба.

Наименьший допустимый радиус кривизны ограничен фактической прочностью световодов.

Относительная деформация определяется:

G_s=(((R+2r)/(R+r))-1)*100%

где r- радиус оболочки световода, м

R- радиус изгиба световода, м

Конструктивно световод состоит из сердцевины, покрытой несколькими слоями защитных материалов.

Первичное покрытие (5…10 мкм), лаковая плёнка из ацетата целлюлозы, эпоксидной смолы, силикона, уретана и др., защищает материал сердцевины от внешних воздействий и увеличивает механическую прочность.

Назначение последующих слоёв- устранение действующих поперечных сил и увеличение прочности на разрыв.

Группа световодов- оптический кабель, в который кроме световодов включают силовые элементы, наружные покрытия, демпфирующие элементы.

Отечественная промышленность выпускает большинство конструкций оптических кабелей, характеризующихся широким спектром параметров:

- Æ наружный 4- 8 мм

- прочность на разрыв- 50- 250 Н

- коэффициент затухания 5- 50 дб/км

- погонная масса 10- 50 кг/км

- температура -40…+70 ^оС

 

В качестве источника света – светодиоды, лазерные диоды.

 

Рассмотрим некоторые конструкции кабелей.

 

а)

1- gd 10 световодов

2- упрочняющий элемент

3- покрытие

4- полимерная демпфирующая прокладка

5- полимерная оболочка

Общий диаметр 7 мм.

 

 

б)

2- фидер

1- световод

3,7 - упрочняющие элементы

 

 

в)

1- световод

2- упрочняющий элемент

3- демпфирующий слой

4- защитный материал

 

г)

1- световод

2- упрочняющий элемент

3- демпфирующий слой

4- защитный материал

 

Схема волоконно-оптической линии связи.

I- передатчик 1- возбудитель 4- оптический кабель 7- усилитель

II- приёмник 2- светодиод 6- фотодиод

 

Потери энергии при вводе в светодиод зависит от числовой аппаратуры и ~ 14- 18 дб., лазерный светодиод ~ 3 дб.

В ВОЛС со скоростью передачи информации до 50 Мбит/с следует использовать светодиоды, при более высоких скоростей- лазерные диоды. В случае необходимости включают регенерирующие устройства, обеспечивающие промежуточное усиление ослабленных сигналов и передачу усиленных сигналов в последующие участки ВОЛС.

Одной из основных проблем является обеспечение надежности разъёмных соединений.

Любые радиальные смещения и переносы приводят к существенной потери сигналов.

 

радиальное угловое

 

8.9 Конструирование электрического монтажа

Электромонтажом называется часть конструкция, предназначенная для обеспечения электрических неразрывных связей при объединении нескольких элементов нижестоящего конструктивного уровня. Электромонтаж обычно рассматривается в двух аспектах: межконтактная коммутация (межсоединения) и контактирование.

На разных уровнях используются различные способы реализации электромонтажа. Так для ИС (на первом конструктивном уровне) обычно пленочная межконтактная коммутация и неразъёмное контактирование (наложением металлическим пленок или термокомпрессией). На втором и третьем конструктивном уровне для коммутации преимущественно используют печатный монтаж, контактирование с ИС пайкой или сваркой с другими ФЯ (ТЭЗ) или панелями – пайкой или разъемами. На более высоком конструктивном уровне межсоединения чаще всего выполняются с помощью объемных проводников, а контактирование – пайкой, сваркой, накруткой, разъемами.