Расчет длин регенерационных участков

Основным элементом оптического кабеля является волоконный световод, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n1 и n2.

Наиболее изучены характеристики световодов, для которых показатель преломления сердцевины n(r) меняется вдоль радиуса по закону показательной функции по следующей формуле.

, (3.1)

где n1 - наибольшее значение показателя преломления сердечника;

- относительная разность показателей преломления;- радиус сердечника, мкм;

a - текущий радиус, мкм;

u -показатель степени, определяющий изменение n(r);

n2 - показатель преломления оболочки.

Относительная разность показателей преломления рассчитывается как

.

Чаще применяются световоды с параболическим профилем (u = 2).

Важной характеристикой световода является числовая апертура NA , представляющая собой синус максимального угла падения лучей на торец световода aм, при котором в световоде луч на границу «сердцевина - оболочка» попадает под критическим углом Qкр.

(3.2)

От значения NA зависят эффективность ввода излучения лазера или светодиода в световод, потери на микроизгибах, дисперсия импульсов, число распространяющихся мод. Чем больше числовая апертура, тем больше уширение импульсов, а вследствие этого ниже пропускная способность волокна за счет большой модовой дисперсии и тем меньше потери на микроизгибах. Волокна, имеющие апертуру больше 0,2, называют высокоапертурными, а меньше 0,2 - низкоапертурными. Высокоапертурные волокна имеют сравнительно низкие потери на вводе, малочувствительны к изгибам, но имеют низкую пропускную способность. Их применяют для передачи сигналов на короткие расстояния. Низкоапертурные волокна получили широкое распространение на магистральных линиях связи из-за высокой пропускной способности.

При определенной длине волны наступает такой режим, когда луч падает на оболочку световода и отражается перпендикулярно. В световоде устанавливается режим стоячей волны, и энергия вдоль волокна не переносится. Это соответствует случаю критической длины волны и критической частоты. Критическая длина волны, мкм, определяется по формуле.

, (3.3)

где d-диаметр сердцевины световода, мкм.

Расчет критической частоты, Гц, проводится по формуле.

, (3.4)

где с - скорость света в вакууме, м/с.

При переходе из среды с большей плотностью в среду с меньшей плотностью луч при определенном угле падения полностью отражается и не переходит в другую среду. Угол падания , начиная с которого вся энергия отражается от границы раздела сред, называется углом полного внутреннего отражения. Этот угол определяется из соотношения.

. (3.5)

Для определения числа мод, передаваемых по волокну, необходимо рассчитать нормированную частоту V (3.6). Чем больше величина нормированной частоты, тем больше типов волн распространяется по волокну.

, (3.6)

где l - рабочая длина волны, мкм.

Общее число передаваемых мод N для ступенчатого профиля волокна определяется по формуле (3.7), а для градиентного - по формуле (3.8).

; (3.7)

Интересное из раздела

Моделирование цифро-аналоговых преобразователей
С введением новых телевизионных стандартов, таких как EDTV (телевидение повышенной четкости) и HDTV(телевидение высокой четкости) повышаются требования к АЦП и ЦАП. Некот ...

Cинтез инвертирующего усилителя
Операционные усилители в настоящее время находят широкое применение при разработке различных аналоговых и импульсных электронных устройств. Это связано с те ...

Цифровая система автоматического управления
Необходимо спроектировать цифровую систему автоматического управления (ЦСАУ). Система должна принимать сигнал из датчика, который находит в диапазоне 0…24В. Задаю ...