Расчет параметров оптического волокна

 

Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки ОВ, найдем числовую апертуру:

(5.1)

где: n₁ – показатель преломления сердцевины ОВ;

n₂ – показатель преломления оболочки ОВ.

 

Отсюда найдем значение апертурного угла:

(5.2)

Значение нормированной частоты рассчитывается по формуле:

, (5.3)

где: a – радиус сердцевины ОВ;

l - длина волны, мкм.

 

Определим число мод:

N= ν²/4- для градиентного ОВ;

N= ν²/2- для ступенчатого ОВ.

 

Определим критическую частоту ОВ:

f кр= с / l, Гц; (5.4)

где: с – скорость света, км/с;

l - длина волны, мкм.

 

Определим критическую длину волны ОВ:

 

lкр = π·d·NA / 2.405, мкм; (5.5)

где: d – диаметр сердцевины ОВ, мкм;

NA – числовая апертура ОВ.

В курсовом проекте необходимо сделать выводы по результатам расчетов.

 

Расчет затухания

 

Собственное затухание ов зависит от l, n₁ и рассчитывается по формулам:

a_с=a_п+a_р+a_пр (5.6)

где: a_{п -} затухание поглощения, зависит от чистоты материала и обуславливается потерями на диэлектрическую поляризацию.

 

α п = 8,69·π∙n∙tgδ / λ, дБ/км; (5.7)

где: tgd - тангенс диэлектрических потерь ОВ (в курсовом проекте принять tgd=10^-11¸10^-1 ).

l - длина волны, км.

a_р – затухание рассеивания, обусловлено неоднородностями материала и тепловыми флуктуациями показателя преломления;

, дБ/км; (5.8)

где: K_р – коэффициент рассеяния (0,6-1 мкм⁴дБ/км);

a_пр – затухание примеси, возникает за счет наличия в кварце ионов различных металлов и гидроксильных групп.

В окне прозрачности a_пр=0, тогда a_с=a_п+a_р дБ/км.

кабельное затухание a_к – обусловлено условиями прокладки и эксплуатации оптических кабелей.

кабельное затухание рассчитывается как сумма 7 составляющих:

a_к=Sa_i, i=1¸7;

где: a₁ – затухание вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе изготовления кабеля;

a₂ – затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления ОВ;

a₃ – затухание на микроизгибах ОВ;

a₄ – затухание вследствие нарушения прямолинейности ОВ;

a₅ – затухание вследствие кручения ОВ вокруг оси;

a₆ – затухание из-за неравномерности покрытия ОВ;

a₇ – затухание вследствие потерь в защитной оболочке.

 

 

В курсовом проекте a к следует принять в соответствии с таблицей 5.1

Таблица 5.1 - Кабельное затухание a к

 

№ вар.
a к, дБ,/км	0,3	0,28	0,25	0,24	0,22	0,2	0,17	0,15	0,13	0,1

 

Расчетное суммарное затухание:

a =a_с+a_к , дБ/км (5.9)

В курсовом проекте необходимо сделать выводы по результатам расчетов.

 

Расчет дисперсии

 

Дисперсия – рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала.

Полная дисперсия в многомодовых ОВ рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии.

(5.10)

В свою очередь хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена тем, что показатель преломления сердцевины изменяется с длиной волны.

 

t_мат=Dl×М(l), пс/км; (5.11)

где: М(l) – удельная дисперсия материала, ;

Dl - ширина спектра источника излучения, нм (для выбранной СП).

 

Dl=1¸3 нм для ППЛ;

Dl=20¸40 нм для СИД.

волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

t_вол=Dl×В(l), пс/км; (5.12) где: В(l) – волноводная дисперсия, .

профильная дисперсия проявляется в реальных ОК и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала.

 

 

t_пр=Dl×П(l), пс/км; (5.13)

где: П(l) – удельная профильная дисперсия, .

для определения М(l),В(l),П(l) воспользуемся таблицей 5.2

 

 

Таблица 5.2 - Значения М(l),В(l),П(l)

Длина волны l,мкм	00,6	00,8	11,0	11,2	11,3	11,4	11,55	11,6	11,8
М(l), пс/(км×нм)					--5	--5	--18	--20	--25
В(l), пс/(км×нм)
П(l), пс/(км×нм)		11,5		22,5			55,5	66,5	77,5

 

 

Результирующая хроматическая дисперсия:

, пс/км. (5.14)

 

В одномодовых ОВ имеет место только хроматическая дисперсия, обусловленная некогерентностью источника излучения.

В многомодовых волокнах t_мод>>t_хр

Модовую дисперсию для ступенчатого ОВ можно найти по формуле:

, нс/км; (5.15)

где: NA – числовая апертура ОВ;

n₁ – показатель преломления сердцевины ОВ;

с – скорость света, км/с.

В курсовом проекте на основании рассчитанных параметров передачи выбирается тип оптического кабеля.