Реконструкция волоконно-оптичного лінії связи

Запровадження 4.

Обгрунтування реконструкції магістральної ВОЛЗ 6.

Глава 1. Основні засади цифровий системи передачі STM-64 7.

1.1. Основи синхронної цифровий ієрархії 7.

1.2. Методи мультиплексування інформаційних потоків 10.

1.2.1. Метод тимчасового мультиплексування (ТDМ) 10.

1.2.2. Метод частотного ущільнення (FDM) 11.

1.2.3. Ущільнення по поляризації (PDM) 11.

1.2.4. Многоволновое мультиплексування оптичних несучих (WDM) 12.

Глава 2. Основні інформацію про ВОЛЗ 15.

2.1. Волоконно-оптичні кабелі 18.

2.1.1. Поєднання оптичних волокон 19.

2.2. Оптичне волокно. Загальні засади 20.

2.3. Поширення світлових променів в оптичних волокнах 21.

2.4. Моди, що ширяться в оптичних волноводах 22.

2.5. Одномодовые оптичні волокна 25.

2.6. Константа поширення і фазовая швидкість 28.

Глава 3. Процеси, які у оптичному волокні, і на швидкість і дальність передачі 31.

3.1. Згасання оптичного волокна 31.

3.2. Дисперсія 34.

3.3. Поширення світлових імпульсів серед з дисперсией 38.

3.3.1. Фізична природа хроматичної дисперсії 43.

3.3.2. Вплив хроматичної дисперсії працювати систем зв’язку 44.

3.4. Поляризационная модовая дисперсія 44.

3.4.1. Природа поляризационных ефектів в одномодовом оптичному волокні 45.

3.4.2. Контроль PMD у процесі експлуатації ВОСП. 50.

Глава 4. Методи компенсації хроматичної дисперсії 51.

4.1. Огляд методів компенсації дисперсії 51.

4.1.1. Оптичне волокно, яке компенсує дисперсию. 53.

4.1.2. Компенсатори з урахуванням брэгговских решіток зі змінним періодом. 55.

4.1.3. Компенсатори хроматичної дисперсії з урахуванням планарных интерферометров і микро-оптических пристроїв. 58.

4.1.4. Способи компенсації дисперсії, засновані на управлінні передавачем чи приймачем випромінювання. 60.

Глава 5. Розрахунок технічних характеристик магістральної ВОЛЗ 62.

5.1. Паспортні технічні дані приемопередающего устаткування й ВОК, використовувані під час розрахунків дисперсії і загасання 62.

5.2. Розрахунок дисперсії ВОЛЗ 63.

5.2.1. Розрахунок поляризационной модовой дисперсії 64.

5.2.2. Розрахунок хроматичної дисперсії 64.

5.3. Розрахунок енергетичного бюджету 66.

5.4. Розрахунок лінії в зв’язку зі урахуванням компенсації дисперсії 66.

Укладання 69.

Список використаних джерел інформації 71.

Список прийнятих скорочень 72.

Запровадження.

Світ телекомунікацій, і передачі зіштовхується.

з динамічно зростаючим попитом на частотні ресурси. Ця тенденція у.

основному пов’язані з збільшенням кількості користувачів Internet і із зростаючим.

взаємодією міжнародних операторів та розширенням обсягів переданої інформації.

Смуга пропускання для одного користувача стрімко збільшується.

Тому постачальники зв’язку при побудові сучасних інформаційних.

мереж використовують волоконно-оптичні кабельні системи найчастіше. Це.

стосується як побудови протяжних телекомунікаційних магістралей, і.

локальних обчислювальних мереж. Оптичне волокно (ВВ) нині вважається.

найдосконалішою фізичної середовищем передачі інформації, і навіть самої.

перспективної середовищем передачі великих потоків інформації на значні відстані.

Сьогодні волоконна оптика застосовується практично переважають у всіх завданнях,.

що з передачею інформації. Широкомасштабне використання волоконно-оптичних.

ліній зв’язку (ВОЛЗ) почалося приблизно 40 років тому я, коли прогрес.

в технології виготовлення волокна дозволив будувати лінії великої протяжності.

Зараз обсяги інсталяцій ВОЛЗ значно зросли. У міжрегіональному масштабі.

слід виділити будівництво волоконно-оптичних мереж синхронної цифровий.

ієрархії (SDH). Стрімко входить у життя волоконно-оптичні інтерфейси.

в локальних і регіональних мережах Ethernet, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet,.

ATM. Нині у світі постачальники послуг зв’язку прокладають.

протягом року десятки тисячі кілометрів волоконно-оптичних кабелів під землею, на дні.

океанів, річок, на ЛЕП, в тунелях і колекторах. Безліч компаній, зокрема.

найбільші: IBM, Lucent Technologies, Nortel, Corning, Alcoa Fujikura, Siemens,.

Pirelli ведуть інтенсивні дослідження у сфері волоконно-оптичних технологій.

До найпрогресивніших можна віднести технологію сверхплотного хвильового.

мультиплексування за довжиною хвилі DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing),.

що дозволить приймати значно більшу пропускну спроможність існуючих.

волоконно-оптичних магістралей. Область можливих застосувань ВОЛЗ дуже широка.

— від лінії міського та сільського зв’язку й бортових комплексів (літаки, ракети,.

кораблі) до систем зв’язку великі відстані із високим інформаційної ємністю.

За підсумками оптичної волоконної зв’язку можна створити принципово нові.

системи передачі. На базі ВОЛЗ розвивається єдина інтегральна.

мережу багатоцільового призначення. Значні перспективи має застосування волоконно-оптичних.

систем в кабельному телебаченні, що забезпечує високу якість зображення.

й суттєво розширює можливості інформаційного обслуговування абонентів.

Многоканальные ВОСП широко використовуються на магістральних і зонових мережах зв’язку.

країни, і навіть для устрою з'єднувальних ліній міських АТС. Пояснюється.

це тим, що у одному ВВ може водночас поширюватися багато.

інформаційних сигналів різними довжинах хвиль, тобто. по оптичним кабелям (ОК).

можна передавати великий обсяг інформації. Особливо ефективні економічні.

підводні оптичні магістралі. У волоконно-оптичних лініях зв’язку (ВОЛЗ).

цифрові системи передачі знайшли саме стала вельми поширеною як найприйнятніші.

за своїми фізичними принципам передачі. За підсумками ОК створюються локальні.

обчислювальні мережі різної топології (кільцеві, зоряні та інших.). Такі.

мережі дозволяють об'єднувати обчислювальні центри на єдину інформаційну систему.

з великою пропускною спроможністю, підвищеним якістю й захищеністю від несанкціонованого.

допуску. Легкість, малогабаритність, незаймистість ОК зробили.

дуже корисними для монтажу і устаткування літальних апаратів, судів.

та інших мобільних пристроїв. Обгрунтування реконструкції магістральної ВОЛЗ.

На ділянці Тюмень — Ялуторовск прокладено волокняно-оптичний кабель Fujikura OGNMLJFLAP-WAZE.

SM· 10/125x8C тип 3, яким триває робота цифровий системи.

передачі (ЦСП) STM-4, які забезпечують передачу інформації з швидкістю 622,08.

Мбіт/с. Використовувана нині ЦСП не задовольняє зростаючим потребам.

клієнтів в пропускну здатність волоконно-оптичній лінії зв’язку. Так.

як обсяг переданої інформації невпинно зростає, слід збільшити швидкість.

передачі сигналів по ВОЛЗ шляхом реконструкції, що полягає у заміні.

приемопередающего устаткування ЦСП STM-4 на STM-64. Перед виконавцем дипломної.

роботи поставлені такі: — вивчити конструкцію і параметри магістральної.

ВОЛЗ Тюмень-Ялуторовск;- оцінити можливість передачі STM-64.

за наявною магістральної ВОЛЗ Тюмень-Ялуторовск;- вивчити можливі варіанти.

реконструкції ВОЛЗ і виділити найбільш эффективный. Глава 1. Основні засади.

цифровий системи передачі STM-64 1.1. Основи синхронної цифровий ієрархії Структура.

первинної мережі визначає об'єднання і поділ потоків переданої.

інформації, тому використовувані у ньому системи передачі будуються по ієрархічному.

принципу. Що стосується цифровим системам Україні цього принципу полягає.

у цьому, що кількість каналів ЦСП, відповідне даної щаблі ієрархії, більше ніж.

каналів ЦСП попередньої щаблі аж в число раз. Аналогові системи передачі.

з ЧРК також будуються по ієрархічному принципу, та на відміну від ЦСП їм.

сходами ієрархії не є самі системи передачі, а типові групи каналів.

Цифрова система передачі, відповідна першому місці ієрархії, називається.

первинної; у цій ЦСП здійснюється пряме перетворення щодо невеликого.

числа первинних сигналів в первинний цифровий потік. Системи передачі другий.

щаблі ієрархії об'єднують певна кількість первинних потоків в повторний.

цифровий потік тощо. У рекомендаціях МСЭ-Т представлено два типу ієрархій.

ЦСП: плезиохронная цифрова ієрархія PDH і синхронна цифрова ієрархія SDH. Первинним.

сигналом всім типів ЦСП є цифровий потік зі швидкістю передачі.

64 кбіт/с, званим основним цифровим каналом (ОЦК). Для об'єднання сигналів.

ОЦК в групові високошвидкісні цифрові сигнали використовується принцип тимчасового.

поділу каналів. Нові технології телекомунікацій почали розвиватися.

у зв’язку з переходом від аналогових до цифровим методам передачі, заснованих.

на импульсно-кодовой модуляції (ІКМ) і мультиплексировании з тимчасовим поділом.

каналів. У плезиохронной цифровий ієрархії PDH мультиплексер сам вирівнює.

швидкості вхідних потоків шляхом додавання потрібного числа выравнивающих біт в.

канали з меншими швидкостями передачі. Звідси йшли недоліки PDH — неможливість.

виведення потоку з не меншою швидкістю з потоку ще швидше передачі.

без повного демультиплексирования цього потоку і видалення выравнивающих біт.

Недоліки PDH викликали потреба у розробці синхронної цифровий ієрархії.

SDH, що дозволило вводить/выводить вхідні потоки без необхідності проводити.

їх сборку/разборку і систематизувати ієрархічний ряд швидкостей передачі.

[1]. SDH має такі переваги перед PDH : — спрощення мережі, викликане.

можливістю вводить/выводить цифрові потоки і їх складання чи розбірки як і.

PDH;- перешкодозахищеність — мережу використовує волоконно-оптичні кабелі (BOК), передача.

якими мало схильна до дії електромагнітних перешкод;;

виділення смуги пропускання на вимогу — цей сервіс тепер може бути наданий.

за лічені секунди шляхом переключення інший (широкосмуговий) канал;;

прозорість передачі будь-якого трафіку — факт, обумовлений використанням.

віртуальних контейнерів передачі трафіку, сформованого іншими технологіями,.

включаючи найсучасніші технології Frame Relay, ISDN і ATM;- універсальність.

застосування — технологія використовується до створення глобальних мереж чи.

глобальної магістралі й у корпоративної мережі, об'єднуючою десятки локальних.

мереж;- простота нарощування потужності - за наявності універсальної стійки розміщувати.

апаратури перехід для наступної вищу швидкість ієрархії можна.

здійснити просто вийнявши одну групу функціональних блоків і вставивши нову (розраховану.

велику швидкість) групу блоків. SDH дозволяє організувати універсальну.

транспортну систему, що охоплює усі ділянки сіті й виконує функції.

як передачі, і контролю та управління. Її розраховано на транспортування.

всіх сигналів PDH, і навіть всіх діючих і найперспективніших служб,.

зокрема і широкосмугової цифровий мережі з інтеграцією служб (ISDN), використовує.

асинхронний спосіб перенесення (АТМ). Лінійні сигнали SDH зорганізовані у так.

звані синхронні транспортні модулі STM (Synchronous Transport Module).

(Табл. 1.1). Перший — STM-1 — відповідає швидкості передачі.

155 Мбіт/с. Кожен наступний має швидкість 4 разу велику, ніж попередня,.

й утворюється побайтным синхронним мультиплексированием. Нині експлуатуються.

чи розробляються SDH системи з швидкостями, відповідними остаточної.

версії SDH ієрархії: STM-1, STM-4, STM-16, STM-64, STM-256 чи 155,52,.

в STM-4*N реєструють безпосередньо за схемою:. Збільшення швидкості передачі.

приводить до зменшення тривалості імпульсного сигналу. Т.к. для розповсюдження.

по ВВ відбувається «розмивання» (див. п. 3.2.) і «наплывание» імпульсів друг.

на друга, при занадто довгою ВОЛЗ приймач випромінювання не може розпізнати.

окремі імпульси. Через війну посилюються вимоги до ВОЛЗ по дисперсії, яка.

яких і визначає збільшення тривалості. 1.2. Методи мультиплексування інформаційних.

потоків Є кілька засобів збільшення пропускну здатність.

систем передачі. Більшість їх зводиться до жодного з методів.

ущільнення компонентных інформаційних потоків до одного груповий, який передається.

лінією зв’язку. Оскільки більшість із методів ущільнення знаходить широке.

використання у сучасних систем зв’язку, розглянемо кожен із новачків. 1.2.1.

Метод тимчасового мультиплексування (ТDМ) Нині метод тимчасового ущільнення.

інформаційних потоків (TDM — Time Division Multiplexing) є найбільш.

поширеним. Він застосовується під час передачі інформацією цифровому вигляді.

Суть її у наступному. Процес передачі розбивається на цілий ряд тимчасових циклів,.

кожен із що у своє чергу розбивається на N субциклов, де N — число.

уплотняемых потоків (чи каналів). Кожен субцикл підрозділяється на тимчасові.

позиції, тобто. тимчасові інтервали, протягом яких передається частина інформації.

однієї з цифрових мультиплексируемых потоків. З іншого боку, певна кількість.

позицій відводиться для ідентифікаційних синхроимпульсов, вставок і цифрового потоку.

службової зв’язку. Метод тимчасового ущільнення підрозділяється на два виду —.

асинхронне чи плезиохронное, тимчасове мультиплексування (PDH, ATM) і синхронне.

тимчасове мультиплексування (SDH). Сучасні технології дозволяють забезпечити.

швидкість передачі групового сигналу 10 Гбит/с (STM-64). Декілька десятків років.

тому вважалося, що це межа для електронних пристроїв мультиплексування.

Проте, завдяки розвитку нових електронних технологій (напівпровідникові структури.

з урахуванням арсеніду галію, микровакуумных елементів) вже лабораторні.

зразки електронних мультиплексоров для швидкості 40 Гбит/с (STM-256), підготовлені.

для серійного промислового виробництва [3]. Наукові дослідження, у.

цій галузі тривають із метою подальшого збільшення швидкості передачі. 1.2.2.

Метод частотного ущільнення (FDM) При частотному методі мультиплексування.

(FDM — Frequency Division Multiplexing) кожен інформаційний потік передається.

по фізичному каналу на відповідної частоті — поднесущей? пн. Якщо ролі.

фізичного каналу виступає оптичне випромінювання — оптична несуча, то.

вона модулюється за інтенсивністю груповим інформаційним сигналом, спектр якого.

складається з низки частот поднесущих, кількість яких одно числу компонентных.

інформаційних потоків. Частота поднесущей кожного каналу вибирається виходячи.

з умови? пн? 10? вчп, де? пн — частота поднесущей, ?вчп — верхня частота.

спектра інформаційного потоку. Частотний інтервал між поднесущими?? пн вибирається.

з умови?? пн? ?вчп. На приймальному боці оптична несуча потрапляє.

на фотодетектор, на навантаженні якої вирізняється електричний груповий потік,.

що надходить після посилення в широкосмуговому підсилювачі прийому на входи узкополосных.

фільтрів, центральна частота пропускання яких дорівнює одній з поднесущих.

частот [3]. Як компонентных потоків можуть виступати як цифрові, так.

і аналогові сигнали, Нині в кабельних системах передачі частотне.

ущільнення застосовується у многоканальном кабельному телебаченні, де з цією.

мети відведено діапазон частот 47 — 860 МГц, тобто. як метровий, і дециметровий.

діапазони ТБ. 1.2.3. Ущільнення по поляризації (PDM) Ущільнення потоків інформації.

з допомогою оптичних несучих, мають лінійну поляризацію, називається ущільненням.

по поляризації (PDM — Polarization Division Multiplexing). У цьому.

площину поляризації кожної несучою мусить бути розташована під своїм кутом. Мультиплексування.

здійснюється з допомогою спеціальних оптичних призм, наприклад,.

призми Рошона. Поляризационное мультиплексування можна тільки тоді,.

як у середовищі передачі відсутня оптична анізотропія, тобто. волокно на повинен.

мати локальних неоднородностей і вигинів. Це з причин дуже обмеженого.

застосування зазначеного методу ущільнення. Зокрема, його в оптичних.

ізоляторах, соціальній та оптичних волоконных підсилювачах, що використовуються.

в пристроях накачування эрбиевого волокна для складання випромінювання накачування двох.

лазерів, випромінювання яких має чітко виражену поляризацію як витягнутого еліпса.

[3]. 1.2.4. Многоволновое мультиплексування оптичних несучих (WDM) Рішення.

завдання подальшого зростання пропускну здатність ВОСП шляхом збільшення швидкості.

передачі з допомогою TDM обмежується як технологічними труднощами.

при електронному часовому ущільнення, а й обмеженнями, викликаними тимчасової.

(хроматичної) дисперсией оптичних імпульсів у процесі їх поширення.

в ВВ. Це наочно це випливає з зіставлення допустимих величин хроматичної дисперсії.

для систем передачі STM-16 і STM-64 відповідно: 10 500 пс/нм і 1600.

пс/нм і поляризационной модовой дисперсії — 40 пс і десяти пс. Означена вище завдання.

успішно вирішується питання з допомогою оптичного мультиплексування з поділом по длинам.

хвиль — WDM (Wavelength Division Multiplexing). Сутність цього методу полягає.

у цьому, що m інформаційних цифрових потоків, які кожен у своїй оптичної.

несучою на довжині хвилі ?m і рознесених у просторі, з допомогою спеціальних.

пристроїв — оптичних мультиплексоров (ОМ) — об'єднують у один оптичний.

потік ?1.?m, після що він вводять у оптичні волокна. На приймальному боці.

виробляється зворотна операція демультиплексирования. Приблизна структурна.

схема такої системи з WDM представлена на рис. 1.1. Оптичні параметри систем.

WDM регламентуються рекомендаціями, у яких визначено довжини хвиль і оптичні.

частоти кожному за каналу. Відповідно до цих рекомендаціям, многоволновые системи.

передачі працюють у 3-ем вікні прозорості ВВ, тобто. буде в діапазоні довжин хвиль 1530−1565.

нм. І тому встановлено стандарт довжин хвиль, являє собою сітку.

оптичних частот, у якій розписані регламентовані значення оптичних.

частот буде в діапазоні 196,1−192,1 ТГц з інтервалами 100 ГГц і довжини хвиль — 1528,77−1560,61.

нм з інтервалом 0,8 нм. Стандарт складається з 41 довжини хвилі, тобто. розрахований.

на 41 спектральний канал. Але практично використовується 39 каналів з.

сітки частот, оскільки два крайніх не використовуються, оскільки вони знаходяться.

на схилах частотною характеристики оптичних підсилювачів, застосовуваних.

системах WDM. Рис. 1.1. Найпростіша структурна схема системи передачі WDM. До останнього.

час встановилася чітка тенденція зменшення частотного інтервалу між.

спектральними каналами до 50 ГГц і до 25 ГГц, що зумовлює щільнішого.

розташуванню спектральних каналів в відведеному діапазоні довжин хвиль (1530−1565.

нм). Таке ущільнення одержало назву DWDM. Вочевидь, що DWDM викликано прагненням.

збільшити кількість переданих каналів. Наголосимо також на, що на даний.

час абревіатура DWDM закріпилася й у систем з многоволновым ущільненням,.

які мають частотний інтервал між каналами дорівнює 100 ГГц. Нині.

в устаткуванні систем зв’язки Польщі з DWDM, розрахованих передачі до 32-х каналів,.

ряд фірм застосовує довжину хвилі 1510 нм, і деякі — 1625 нм. Але зі збільшенням.

кількості переданих каналів до 128 і більше виникла потреба освоєння.

більш довгохвильової частини оптичного спектра, зокрема L-диапазона (чи.

4-те вікно прозорості ВВ), куди входитиме довжина хвилі 1625 нм. Створення.

систем передачі DWDM зажадало розробки цілого ряду як активних, і.

пасивних квантових і оптичних елементів і пристроїв з высокостабильными параметрами.

Сюди відносяться напівпровідникові лазери із вузькою спектральною шириною.

лінії випромінювання (менш 0,05 нм) при стабільності буде не гірший ± 0,04 нм. Волоконно-оптичні.

підсилювачі повинен мати стабільний коефіцієнт посилення, малу нерівномірність.

коефіцієнта посилення, (n2. Влучаючи світлового випромінювання на торець.

ВВ у ньому можуть три типу світлових променів, звані направляемыми,.

випливаючими і випромінюючими променями, наявність і переважання будь-якого типу.

променів визначається кутом їх падіння на кордон розділу «серцевина — оболонка».

Ті промені, яке падає на кордон розділу з точки (промені 1, 2 і трьох), відбиваються.

її і знову повертаються до серцевину волокна, розповсюджуючись у ній і.

зазнаючи заломлення. Оскільки траєкторії таких променів повністю містяться.

всередині середовища поширення — серцевини волокна, вони поширюються великі.

відстані і називаються направляемыми. Промені, падаючі на кордон розділу під.

кутами (промені 4), звуться належних променів (променів оболонки). Досягаючи.

кордону «серцевина — оболонка», ці промені позначаються переломлюються, втрачаючи кожен.

разів у оболонці волокна частина енергії, у зв’язку з ніж зникають зовсім на деякому.

відстані від торця волокна. Промені, які випромінюються з оболонки в навколишнє.

простір (промені 5), звуться випромінюваних променів і творяться у місцях.

нерегулярностей чи то з скручування ВВ. Випромінювані і що випливають промені є.

паразитными і приводять до розвіювання енергії і спотворення інформаційного сигналу.

2.4. Моди, що ширяться в оптичних волноводах У випадку поширення.

електромагнітних хвиль описується системою рівнянь Максвелла в диференціальної.

формі: (2.4.1) де — щільність електричного заряду, і -.

напруженості електричного і магнітного полів відповідно, — щільність струму,.

і - електрична і магнітна індукції. Якщо уявити напруженість електричного.

і магнітного поля і з допомогою перетворення Фур'є [5]: ,(2.4.2).

то хвильові рівняння приймуть вид: ,(2.4.3) де — оператор Лапласа. Световод.

можна ідеальним циліндром з подовжньої віссю z, осі x і в в поперечної.

(ху) площині утворюють горизонтальну (xz) і вертикальну (xz) площині.

У цьому системі існують 4 класу хвиль (Є. і М ортогональны): поперечні Т:

Ez = Нz = 0; Є = Еy; М = Нx; електричні Є: Еz = 0, Нz = 0; Є = (Еy, Еz) ;

поширюються у площині (yz); М = Нx; магнітні М: Нz = 0, Еz = 0; М = (Нx.

Нz) — поширюються у площині (xz), E = Ez; змішані ЄП чи НЕ: Еz =.

0, Нz = 0; Є = (Еy, Еz), М = (Нx, Нz) — поширюються в площинах (xz) і.

(yz). За позитивного рішення системи рівнянь Максвелла зручніше використовувати циліндричні.

координати (z, r, ?), у своїй рішення шукається як хвиль з компонентами Ez.

Нz виду:, 2.4.4) що й — нормирующие постійні, — бажана функція, — подовжній.

коефіцієнт поширення хвилі. Рішення для виходять як наборів.

з m (з'являються цілі індекси m) простих функцій Бесселя для серцевини і модифікованих.

функцій Ханкеля для оболонки, що й — поперечні коефіцієнти поширення.

в серцевині і оболонці відповідно, — хвилеве число. Параметр

окреслюється рішення характеристичного рівняння, одержуваного з граничних.

умов, потребують безперервності тангенциальных складових компонент Ez.

і Нz електромагнітного поля за українсько-словацьким кордоном розділу серцевини і оболонки. Характеристична.

рівняння, своєю чергою, дає набір з n рішень (з'являються цілі.

індекси n) кожному за цілого m, тобто. маємо власних значень, кожному у тому числі.

відповідає певний тип хвилі, званий модою. Через війну формується.

набір мод, перебір яких грунтується на використанні подвійних індексів.

Умовою існування яке б моди є експоненціальне убування її поля.

в оболонці вздовж координати r, що визначається значенням поперечного коефіцієнта.

поширення у оболонці. При = 0 встановлюється критичний режим,.

що полягає про неможливість існування яке б моди, що він відповідає.

[5]: .(2.4.5) Останнє рівняння має незліченну кількість рішень.

[5]: (2.4.6) Введемо величину, звану унормованого частотою V, яка пов’язує.

структурні параметри ВВ і довжину світловий хвилі, і котру визначаємо наступним.

вираженням: ,(2.4.7) При = 0 кожного з рішень рівняння (2.4.5).

має місце критичне значення унормованого частоти (m = 1, 2, 3…, n = 0, 1,.

2, 3…): тощо. Для моди HE11 критичне значення унормованого частоти. Ця.

мода поширюється за будь-якої частоті і структурних параметрах волокна і є.

фундаментальної модою ступенчатого ВВ. Обираючи параметри ВВ можна домогтися.

режиму поширення тільки з цієї моди, яку проводять за умови: (2.4.8).

Мінімальна довжина хвилі, коли у ВВ поширюється фундаментальна.

мода, називається волоконної довжиною хвиль відсічення. Значення визначається з.

останнього висловлювання як: (2.4.9) 2.5. Одномодовые оптичні волокна Одномодовые.

волокна поділяються на ступінчасті одномодовые волокна (step index.

single mode fiber) чи стандартні волокна SF (standard fiber), на волокна зі.

зміщеною дисперсией DSF (dispersion-shifted single mode fiber), і волокна з.

ненульовий зміщеною дисперсией NZDSF (non-zero dispersion-shifted single mode.

fiber). У східчастому одномодовом оптичному волокні (SF) (рис. 2.3) діаметр светонесущей.

жили становить 8−10 мкм і порівняти з довжиною світловий хвилі. У цьому.

волокні за досить великий довжині хвилі світла? > ?CF (?CF — довжина хвилі відсічення).

поширюється лише одне промінь (одна мода). Одномодовый режим в оптичному.

волокні реалізується у вікнах прозорості 1310 нм і 1550 нм. Поширення.

лише однієї моди усуває межмодовую дисперсию і відданість забезпечує дуже дорогу.

пропускну спроможність одномодового волокна у тих вікнах прозорості. Найкращий.

режим поширення з погляду дисперсії буває у околиці довжини.

хвилі 1310 нм, коли хроматична дисперсія наближається до нуля. З погляду.

втрат це найкраще вікно прозорості. У цьому вся вікні втрати становлять 0,3.

— 0,4 дБ/км, тоді як найменше згасання 0,20 — 0,25 дБ/км досягається.

з вікна 1550 нм. Рис. 2.3. Профілі показника заломлення У одномодовом оптичному.

волокні зі зміщеною дисперсией (DSF) (рис. 2.3) довжина хвилі, де.

дисперсія наближається до нуля, — довжина хвилі нульової дисперсії ?0 — зміщена у вікно.

прозорості 1550 нм. Таке усунення досягається завдяки спеціальному профілю.

показника заломлення волокна. Отже, в волокні зі зміщеною дисперсией.

реалізуються найкращі характеристики, як у мінімуму дисперсії, і по.

мінімуму втрат. Тому таке волокно більше на будівництво протяжних.

сегментів з відстанню між ретрансляторами до 100 і більше км. Зрозуміло,.

єдина робоча довжина хвилі береться близька до: 1550 нм. Одномодовое оптичне.

волокно з ненульовий зміщеною дисперсией NZDSF на відміну DSF оптимизировано.

передачі не однієї довжини хвилі, а відразу кількох довжин хвиль (мультиплексного.

хвильового сигналу) і найефективніше можна використовувати при побудові.

магістралей «повністю оптичних мереж» — мереж, на вузлах яких немає відбувається.

оптоэлектронного перетворення для розповсюдження оптичного сигналу.

Оптимізація трьох перелічених типів одномодовых ВВ не означає,.

що вони потрібно використовувати винятково під певні завдання: SF.

— передача сигналу на довжині хвилі 1310 нм, DSF — передача сигналу на довжині хвилі.

1550 нм, NZDSF — передача мультиплексного сигналу з вікна 1530−1560 нм. Так,.

наприклад, мультиплексный сигнал з вікна 1530−1560 нм можна передавати і з стандартному.

ступенчатому одномодовому волокну SF [5]. Проте довжина безретрансляционного.

ділянки під час використання волокна SF буде набагато меншою, аніж за використанні NZDSF,.

чи інакше знадобиться дуже вузька смуга спектрального випромінювання лазерних.

передавачів зменшення результуючої хроматичної дисперсії. Максимальне.

дозволене відстань визначається технічними характеристиками як найбільш.

волокна (загасанням, дисперсией), і приемопередающего устаткування (потужністю,.

частотою, спектральним уширением випромінювання передавача, чутливістю приймача).

У ВОЛЗ найширше використовуються такі стандарти волокон: — многомодовое.

градиентное волокно 50/125;- многомодовое градиентное волокно 62,5/125;;

одномодовое поетапне волокно SF (волокно з несмещенной дисперсией чи стандартне.

волокно) 8−10/125;- одномодовое волокно зі зміщеною дисперсией DSF.

8−10/125;- одномодовое волокно з ненульовий зміщеною дисперсией NZDSF (профілем.

показника заломлення це волокно схоже з попереднім типом волокна). 2.6. Константа.

поширення і фазовая швидкість Хвилеве число k так можна трактувати.

як вектор, напрям якого збігаються з напрямом поширення світла.

в об'ємних середовищах. Цей вектор називається хвилевим вектором. Серед із показником.

заломлення величина хвильового вектора дорівнює. У разі поширення.

світла всередині хвилеводу напрям поширення світла збігаються з напрямом.

проекції? хвильового вектора k, на вісь хвилеводу: (2.6.1) де — кут,.

що доповнює кут і до 90 (чи кут між променем і віссю, як показано на рис. 2.4),.

? називається константою поширення і відіграє ті ж самі роль волноводе як.

хвилеве число k у вільному просторі [6]. Т.к., то відповідність до (ф.

2.6.1) і і залежить від довжини хвилі. Рис. 2.4. Хвильової вектор і константа поширення.

Кут падіння змінюється між і ?/2. Отже: (2.6.2).

Отже, величина константи поширення всередині хвилеводу завжди лежить.

між значеннями хвильових чисел пласкою світловий хвилі у вихідному матеріалі серцевини і.

оболонки. Коли ж врахувати, що, можна переписати це співвідношення мовою фазових.

швидкостей: (2.6.3) Фазові швидкості поширення мод укладено між.

фазовыми швидкостями хвиль у двох об'ємних матеріалах. Швидкість поширення.

світлового сигналу чи групова швидкість — це швидкість поширення облямовує.

світлового імпульсу. У випадку групова швидкість u не дорівнює фазової.

швидкості. Різниця фазових швидкостей мод призводить до викривлення вхідного пучка світла.

у його поширення у волокні. У волокні з параболическим градиентным.

показником заломлення похилі промені поширюються за криволінійної траєкторії,.

яка, природно, довші, ніж шлях поширення аксіального променя.

Але через зменшення показника заломлення у міру віддалення від осі волокна,.

швидкість поширення складових світлового сигналу з наближенням до.

оболонці оптичного волокна зростає, отож у результаті час поширення.

складових по ВВ виявляється приблизно однаковим. Отже, дисперсія.

чи зміну часу поширення різних мод, зводиться до мінімуму,.

а ширина смуги пропускання волокна збільшується. Точний розрахунок показує,.

що розкид групових швидкостей різних мод у тому волокні значно коротші,.

ніж у волокні зі східчастим профілем показника заломлення. Оптичні волокна,.

що потенційно можуть підтримувати поширення лише моди найнижчого порядку,.

називаються одномодовыми. Отже, кожна мода, поширювана.

в ВВ, характеризується постійним за довжиною световода розподілом інтенсивності.

в поперечному сечении, постійної поширення ?, і навіть фазової v і груповий.

u швидкостями поширення вздовж оптичної осі, які різні до різних.

мод. Через відмінності фазових швидкостей мод хвильової фронт і розподіл.

поля була в поперечному сечении змінюються вздовж осі волокна. Через відмінності групових.

швидкостей мод світлові імпульси розширюються, і це явище називається межмодовой.

дисперсией. У одномодовом волокні є тільки одна мода поширення,.

тому така волокно характеризується постійним розподілом поля була в поперечному.

сечении, у ньому відсутнє межмодовая дисперсія, і може передавати.

випромінювання з дуже широкої смугою модуляції, обмеженою лише інші види.

дисперсії (див. п. 3.2). Глава 3. Процеси, які у оптичному волокні,.

і на швидкість і дальність передачі 3.1. Згасання оптичного.

волокна З поширенням світла оптичної середовищі він слабшає, що.

називається загасання середовища — загасання ВВ. Згасання залежить від довжини хвилі.

випромінювання, який вводимо в волокно. Нині передача сигналів по волокну.

ввозяться трьох діапазонах: 850 нм, 1300 нм, 1550 нм, оскільки саме у.

цих діапазонах кварц має підвищену прозорість. Згасання (рис. 3.1) зазвичай.

вимірюється в дБ/км й втратами на поглинання і розсіювання випромінювання.

в оптичному волокні [5]: — рэлеевское розсіювання;- розсіювання на дефектах волокна;;

власне поглинання кварцевого скла;- примесное поглинання;- поглинання.

на мікро і макроизгибах. Рис. 3.1. Згасання. Ступінь втрат визначається.

коефіцієнтом загасання, який загалом вигляді дорівнює: (3.1.1) де — коефіцієнт.

загасання, обумовлений втратами на поглинання світловий енергії. Власне.

поглинання кварцевого скла визначається поглинанням фотонів у якому.

енергія фотона переходить в енергію електронів чи колебательную енергію грати.

Спектр власного електронного поглинання кварцевого скла лежать у ультрафіолетової.

області (7 мкм). Оскільки структура кварцевого скла аморфна,.

смуги поглинання мають розмиті кордону, які «хвости» заходять в видиму область.

спектра. У другому й третьому вікнах прозорості в ди8=]апазоне довжин хвиль 1,3−1,6.

мкм втрати, викликані власним поглинанням, мають порядок 0,03 дБ/км.

— коефіцієнт загасання, обумовлений рэлеевским розсіюванням на неоднородностях.

матеріалу ВВ, розміри яких значно менше довжини світловий хвилі, і тепловими.

флуктуаціями показника заломлення. Цей вид розсіювання визначає теоретичну.

кордон, нижче від якої згасання може бути зменшено й у сучасних.

ВВ є є основним джерелом втрат надходжень у робочих областях спектра. Рэлеевское.

розсіювання викликається розсіюванням на неоднородностях показника заломлення, що виникли.

в розплавленому кварці у зв’язку з локальними термодинамическими флуктуаціями.

концентрації молекул (щільності) кварцу через їх хаотичного руху на розплавленому.

стані. При затвердевании волокна неоднорідності, які виникли у розплавленою.

фазі, застигають у структурі кварцевого скла. Коливання щільності наводять.

до випадковим флуктуаціям показника заломлення масштабу, меншому, ніж.

довжина світловий хвилі. — коефіцієнт загасання, викликаний присутніми в ВВ.

домішками, приводящими до поглинання оптичної потужності, це іони.

металів (Fe, Cu, Ni, Mn, Cr), викликають поглинання буде в діапазоні довжин хвиль.

0,6−1,6 мкм, і гидроксильные групи (ВІН), від яких з’являються резонансні.

сплески загасання на довжинах хвиль 0,75 мкм, 0, 97 мкм і 1,39 мкм. — додаткові.

втрати, зумовлені деформацією ВВ у процесі виготовлення кабел, викликаної.

скруткой, вигином, відхиленням прямолінійного розташування термомеханическими.

впливами, мають місце при накладення оболонок та покрить на серцевину.

волокна під час виготовлення ОК (їх називають кабельними). — коефіцієнт загасання,.

залежить від довжини хвилі оптичного випромінювання та з допомогою поглинання в інфрачервоної.

області зростаючий в показовою ступеня зі зростанням довжини хвилі.

Нині у техніці зв’язку переважно застосовуються кварцові ВВ, область ефективного.

використання яких міститься буде в діапазоні довжин хвиль до 2 мкм. На.

більш довгих хвилях як матеріалу для волокна використовуються галоидные, халькогенидные.

і фторидные скла. У порівняні з кварцовими волокнами вони мають.

більшої прозорістю і забезпечують зниження втрат кілька порядків.

З появою ВВ із нових матеріалів стає реальним створення ВОЛЗ без ретрансляторів.

Згасання оптичного хвилеводу береться до розрахунку енергетичного.

бюджету. Згасання оптоволоконною лінії з урахуванням втрат на разъемных з'єднаннях.

і сростках (неразъемных з'єднаннях) визначається за такою формулою: (3.1.2).

що й — значення втрат на сростке і разъеме відповідно, і - кількість.

сростков і разъемных сполук протягом оптоволоконною лінії довжиною L, ;

километрический коефіцієнт загасання оптичного волокна, вимірюваний в дБ/км.

Тоді енергетичний бюджет вираховується за формулою: (3.1.3) що й — потужність.

джерела оптичного випромінювання та чутливість фотоприемника в дБ відповідно;

і - експлуатаційний запас для апаратури й у кабелю, (дБ), які.

беруть із технічних умов (контрактних специфікацій) для устаткування ВОЛЗ.

3.2. Дисперсія Світловий сигнал в цифрових системах передачі вступає у световод.

імпульсами, які внаслідок некогерентности реальних джерел випромінювання.

містять складові з різноманітною частотою. Уширение світлового імпульсу, викликаного.

відмінностями часу поширення спектральних і поляризационных.

компонент, і називається дисперсией. Світлова хвиля, поширювана вздовж напрямку.

x, описується уравнением:(3.2.1) де, А — амплітуда світловий хвилі;

— її кутова частота, k — хвилеве число. Якщо взяти фіксований значення.

фази хвилі: =const,(3.2.2) то швидкість переміщення фази у просторі.

чи фазовая швидкість буде: .(3.2.3) Світловий імпульс, поширюється.

в ВВ є суперпозицію електромагнітних хвиль з частотами, ув’язненими.

в інтервалі ?, що називається групою хвиль виду (3.2.1). У час.

часу t у різних точках до різних x хвилі посилюватимуть одне одного, що.

призводить до появи максимуму інтенсивності групи хвиль (центр групи хвиль),.

чи послаблювати. Центр групи хвиль переміщається зі швидкістю:, (3.2.4) званої.

груповий. Замінивши k=2?/? і висловивши, одержимо співвідношення, лист про залежність.

груповий швидкості від довжини хвилі: (3.2.5) Це і є причиною,.

що призводить до розбіжності швидкостей поширення частотних складових.

випромінюваного спектра по оптичного волокну. Через війну у міру поширення.

по оптичного волокну частотні складові досягають приймача у різний час.

У результаті імпульсний сигнал не вдома ВВ видозмінюється, стаючи.

«розмитим». Це називається волноводной дисперсией, обумовленою показником.

заломлення ВВ і завширшки спектра випромінювання джерела ?? і має розмірність.

часу [5]: (3.2.6) де? — відносна різницю показників заломлення.

серцевини і оболонки, L — довжина ВВ, — коефіцієнт волноводной дисперсії,.

званий удільної волноводной дисперсией. Залежність удільної волноводной дисперсії.

від довжини хвилі показано на рис. 3.2. Швидкість поширення хвилі залежить.

тільки від частоти, а й від середовища поширення. Для пояснення цього.

явища електрони всередині атомів і молекул розглядаються теоретично дисперсії квазиупруго.

пов’язаними. Під час проходження через речовина світловий хвилі кожен електрон.

виявляється під впливом електричної сили та починає здійснювати змушені.

коливання. Несталі електрони збуджують вторинні хвилі, що ширяться.

зі швидкістю з, які, складаючись з первинної, утворюють результуючу.

хвилю. Ця результуюча хвиля поширюється в речовині з фазової швидкістю.

v, причому, чим ближче частота первинної хвилі до власного частоті електронів,.

тим більше будуть змушені коливання електронів і розбіжності між v і з.

буде більше, що пояснює залежність. Через війну усунення електронів із ключових положень.

рівноваги молекула речовини набуває електричний дипольный момент.

Тобто за взаємодії електромагнітної хвилі зі зв’язаними електронами.

відгук середовища залежить від частоти світлового імпульсу, як і определает залежність.

показника заломлення від довжини хвилі, що характеризує дисперсионные властивості.

оптичних матеріалів: ,(3.2.7) де N — щільність частинок (число частинок.

в одиниці обсягу), m і е — маса кафе і заряд електрона відповідно, — резонансні.

довжини хвиль, — що їх осциляції електричні сили. У широкому спектральному.

діапазоні, що включає звичайний ультрафіолет, видиму область і близьку інфрачервону.

область, кварцове скло прозоро і дана формула Солмейера застосовна.

з дуже високою точністю [5, 7]. Явище, виникнення якого пов’язано.

із наступними характерними частотами, у яких середовище поглинає електромагнітне випромінювання.

внаслідок осциляції пов’язаних електронів, і який визначає уширение тривалості.

світлового імпульсу саме його проходження через дисперсионную середу, називається.

у техніці волоконно-оптичній зв’язку матеріальної дисперсией [5]: (3.2.8).

де коефіцієнт М (?) називається удільної матеріальної дисперсией. На довжині.

хвилі? = 1276 нм у кварцу величина, отже коефіцієнт матеріальної.

дисперсії M (?) = 0 (див. рис. 3.2). При довжині хвилі? > 1276 нм M (?) змінює знак.

та приймає негативні значення, у результаті на довжині хвилі (приблизно.

1310 ± 10 нм для ступенчатого одномодового волокна) відбувається взаємна компенсація.

М (?) і N (?). Довжина хвилі, що це відбувається, називається довжиною.

хвилі нульової дисперсії. Зазвичай вказується певний діапазон довжин хвиль, не більше.

яких може варіюватися для даного конкретного оптичного волокна.

Результуючий вектор дисперсія складається з волноводной й матеріальної і називається.

хроматичної дисперсией. Дисперсию в оптичних волокнах прийнято характеризувати.

коефіцієнтом дисперсії чи удільної дисперсией, вимірюваному в пс/(нм· км).

Коефіцієнт дисперсії чисельно дорівнює збільшення тривалості світлового імпульсу.

(в пикосекундах), спектральна ширина якого дорівнює 1 нм, після проходження.

відрізка ВВ довжиною 1 км. Значення коефіцієнта хроматичної дисперсії визначається.

як D (?) = М (?) + N (?). Питома дисперсія має розмірність пс/(нм· км).Рис.

3.2. Залежності коефіцієнтів волноводной, матеріальну годі й результуючої хроматичної.

дисперсії від довжини хвилі. При припущеннях, що випливають із результатів.

дослідів щодо різноманітних речовин, з висловлювання (3.2.7) може бути отримана наближена.

формула залежності показника заломлення від довжини хвилі: (3.2.9).

де a, b і з — постійні, значення яких визначаються експериментально для.

кожного речовини. Для одномодового ступенчатого і многомодового градиентного.

оптичних волокон до розрахунку дисперсії застосовна емпірична формула Селмейера.

[5]: (3.2.10) Коефіцієнти А, У, З є подгоночными і визначаються.

кожному за матеріалу ВВ експериментальним шляхом. Тоді питома хроматична.

дисперсія обчислюється за такою формулою [5]: (3.2.11) де — довжина хвилі нульової дисперсії,.

новий параметр S0 =8В — нахил нульової дисперсії (розмірність пс/(нм2· км),.

а? — робоча довжина хвилі, на яку визначається питома хроматична дисперсія.

Хроматична дисперсія пов’язані з удільної хроматичної дисперсией простим.

співвідношенням: (3.2.12) До зменшенню хроматичної дисперсії веде використання.

більш когерентних джерел випромінювання, наприклад лазерних передавачів,.

і робочої довжини хвиль понад близька до довжині хвилі нульової дисперсії.

3.3. Поширення світлових імпульсів серед з дисперсией Електричне.

полі лінійно поляризованого світлового сигналу, поширюваного в одномодовом.

волокні, можна описати так [6]: ,(3.3.1) де — одиничний.

вектор, — повільно змінюється амплітуда (огинає) світлового імпульсу, що становить.

собою комплексний скаляр, який змінюється у бік z й у.

часу t, u (х, у) — розподіл амплітуди поля була в поперечному напрямі, — стала.

поширення, — кутова частота. Розподіл амплітуди поля основний.

моди в поперечному напрямі описується наступним рівнянням [6]:, (3.3.2).

де (?) — диэлектрическая проникність середовища. За відсутності в волокні нелінійних.

явищ розрахувати зміна форми світлового імпульсу у процесі поширення.

вздовж волокна можна, скориставшись перетворенням Фур'є [6]. Розглянемо.

поширення спектральних компонент світлового сигналу, одержуваних перетворенням.

Фур'є облямовує світлового імпульсу: ,(3.3.3) де — несуча частота.

Спектральні компоненти задовольняють рівнянню: ,(3.3.4) де — коефіцієнт.

загасання сигналу, =. Вирішення цього рівняння відомо, і характеризує згасання.

сигналу і зрушення фаз, пропорційний пройденого відстані: ,(3.3.5).

де Фур'є - образ вхідного світлового сигналу має вигляд: ,(3.3.6) Для однорідної.

волокна вираз спрощується: (3.3.7) Відповідно до висловлювання (3.3.7),.

у процесі поширення у волокну різні спектральні компоненти набувають.

різний фазовий зрушення, тому Фур'є - образ вихідного сигналу, минулого.

ділянку однорідної ВВ довжиною L, має вигляд: .(3.3.8) Форма вихідного сигналу.

може бути отримана з Фур'є - образу зворотним перетворенням Фурье:(3.3.9).

Спотворення світлових імпульсів при поширення у ВВ можна оцінити, розклавши.

постійну поширення ?(?) до кількох Тейлора близько несучою частоти [6]:

(3.3.10) де: (3.3.11) Вислів (3.3.10), обмежений першими.

чотири члени розкладання, має вигляд:. (3.3.12) Якщо розкладанні (3.3.12).

знехтувати ступенями вище першої, що він відповідає поширенню світлового імпульсу.

по ВВ без спотворень, то після підстановки (3.3.12) в (3.3.8), (3.3.9) виходить:

(3.3.13) Зробивши заміну змінних, одержимо. Тобто. в розглянутий.

наближенні світловий імпульс загасає, форма їх змінюється, і виході з.

волокна вона виявляється з тимчасової затримкою. Отже, групова швидкість.

поширення світлового імпульсу дорівнює. Зазвичай коефіцієнт при квадраті різниці.

частот не нульовий, у разі світловий імпульс спотворюється. Для світлового.

імпульсу довільній форми отримати аналітичне вираз вдається,.

але для імпульсу гауссовой форми () аналітичне вираз для вихідного імпульсу.

має такий вигляд: ,(3.3.14) де — початкова тривалість імпульсу. Таким.

чином, гауссовский імпульс зберігають свою форму, та його тривалість, збільшується.

[7]: (3.3.15) де величина називається дисперсионной довжиною. Вислів.

(3.3.15) показує, що з імпульс розширюється. Темп розширення імпульсу.

визначається дисперсионной довжиною. За певного довжині световода коротший.

імпульс уширяется більше, т.к. його дисперсійна довжина менше. При z =.

гауссовский імпульс уширяется в раз. Імпульс, спочатку котрий мав частотною модуляції,.

набуває її за мері поширення у ВВ. З висловлювання (3.3.15) слід,.

що уширение гауссовского імпульсу, не що володів на вході частотною модуляцією,.

залежить від знака параметра дисперсії. Поведінка змінюється, проте,.

якщо імпульс на вході має деяку частотну модуляцію. Що стосується лінійної частотною.

модуляції гауссовского імпульсу амплітуда облямовує записується як.

[6]:, (3.3.16) де З — параметр модуляції. Полуширина спектра (лише на рівні інтенсивності.

1/е від максимальної) визначається вираженням: ,(3.3.17) що у.

разів більше, ніж ширина спектра імпульсу тієї ж тривалості, але не матимуть частотною модуляції.

Квазимонохроматический імпульс без частотною модуляції має мінімальну.

тривалість, досяжну при заданому спектрі. Тому світлові імпульси без.

частотною модуляції називаються спектрально обмеженими [7]. Форма минулого.

через оптичні волокна світлового імпульсу з лінійної частотною модуляцією (чирпом).

має вигляд:. (3.3.18) Отже, частотно-модулированный (чирпированный).

гауссовский імпульс зберігає свою форму для розповсюдження. Тривалість.

імпульсу не вдома волокна пов’язані з тривалістю на вході співвідношенням: .

(3.3.19) З висловлювання (3.3.19) слід, що уширение залежить від знаків параметра.

і параметра частотною модуляції З. Гауссовский імпульс монотонно розширюється.

зі збільшенням відстані, якщо >0. 3.3.1. Фізична природа хроматичної дисперсії.

Математичне опис ефектів дисперсії в оптичному волокні, проведене.

у минулому розділі, грунтується на розкладанні постійної поширення.

до кількох Тейлора поблизу несучою частоти (див. ф. 3.3.10, 3.3.12). Огинає світлового.

імпульсу з груповий швидкістю, а параметр визначає розширення імпульсу.

[7]. Параметр пов’язаний з показником заломлення n так:. (3.3.20).

Показник заломлення речовини визначається двома фізичними механізмами:

залежності від частоти (довжини хвилі) і волноводными характеристиками волокна.

Залежність показника заломлення речовини від частоти називається матеріальної.

дисперсией, а залежність від каналирующих властивостей волокна — волноводной дисперсией.

(див. п. 3.2). Дисперсию в оптичних волокнах, як уже зазначалося вище,.

прийнято характеризувати коефіцієнтом хроматичної дисперсії чи удільної хроматичної.

дисперсией D, вимірюваному в пс/(нм· км). Значення коефіцієнта D пов’язано.

з коефіцієнтом наступній формулою: (3.3.21) Коефіцієнт D можна знайти,.

і з відомого розподілу n (?): .(3.3.22) Коефіцієнт хроматичної.

дисперсії D котиться до нуля на довжині хвилі приблизно 1,31 мкм і ГЗК стає.

позитивним для великих довжин хвиль. Довжина хвилі, коли він D = 0, називається.

довжиною хвиль нульової дисперсії. У стандартному одномодовом волокні вплив.

волноводного внеску до дисперсию зводиться, переважно, до зрушення довжини хвилі.

нульової дисперсії в длинноволновую область: 1,31 мкм. Важливою особливістю волноводной.

дисперсії і те, що її у D залежить від параметрів оптичного.

волокна. У випадку, волноводная дисперсія збільшується при зменшенні.

розмірів серцевини. Це можна використовувати для усунення довжини хвилі.

нульової дисперсії [7]. 3.3.2. Вплив хроматичної дисперсії працювати систем.

зв’язку Хроматична дисперсія обмежує максимальну дальність передачі цифрових.

сигналів без відновлення їхні первісні форми. Щоб охарактеризувати.

дальність передачі вводиться поняття «дисперсионной довжини», як відстань,.

у якому відбувається відносне розширення імпульсу за амплітудою в.

раз. Оцінити дисперсионную довжину для сигналу із шириною можна з допомогою наступній.

формули [7]: .(3.3.23) 3.4. Поляризационная модовая дисперсія Стрімкий.

розвиток техніки оптичної передачі останніх років привело.

до того що, що поляризаційні ефекти в волоконно-оптичних лініях зв’язку, ще.

недавно вважалися незначними, почали грати роль основного чинника, стримуючого.

подальше збільшення швидкості і дальності передачі. Це.

пов’язана з тим, що обмеження, накладываемые загасанням світлових сигналів, і.

обмеження, накладываемые спотвореннями світлових сигналів через хроматичної дисперсії,.

успішно долаються принаймні впровадження оптичних підсилювачів і поліпшення.

їх характеристик і цього розробки ефективних методів компенсації.

хроматичної дисперсії. У міру збільшення швидкості передачі за одним.

каналу доі 40 Гбит/с і дальності за кілька тисячі кілометрів навіть слабкі.

ефекти поляризационной модовой дисперсії PMD (polarization mode dispersion),.

накопичуючись, дають помітні внески в роботу системы.3.4.1. Природа поляризационных.

ефектів в одномодовом оптичному волокні Оскільки світ подає собою.

електромагнітну хвилю, та її поширення будь-якому іншому середовищі описується рівняннями.

Максвелла, поширення світла можна розглядати шляхом визначення.

розвитку пов’язаних із нею векторів електричного і магнітного полів у просторі.

і часу [4]. Тут r позначає просторове становище вектора. Більше.

зручно оперувати з перетворенням Фур'є цих векторів (див. ф. 3.3.3). Перетворення.

Фур'є для визначається аналогічно. Оскільки електрони в атомі.

заряджені негативно, а ядро несе позитивного заряду, то, при дії електричного.

поля на матеріал, такий кварцові, відбувається поляризація атомів.

Индуцированная поляризація описується вектором, залежать від особливостей середовища.

і прикладеного електричного поля і що з вектором і електричної індукцією.

выражением:.(3.4.1) Зв’язок й у оптичному волокні визначається властивостями.

середовища проживання і причина важливого явища — дисперсії. Розглянемо поведінка.

фундаментальної моди, представивши електричне полі світловий хвилі як:

(3.4.2) де, і - відповідно поодинокі вектори, причому z — напрям.

поширення світла. Дане рівняння має дві лінійно незалежних рішення,.

які відповідають фундаментальної моді. Змінюється згодом електричне.

полі вважається лінійно поляризованим, якщо його напрям постійний.

(залежить від часу). Якщо електричне полі, ассоциируемое з електромагнітної.

хвилею, немає подовжньої компоненти, полі вважається поперечним,.

інакше — подовжнім. Зважаючи на це, два лінійно незалежних рішення.

хвильового рівняння представляють лінійно поляризовані вздовж осей x і y електричні.

поля, що з взаємної перпендикулярности називаються ортогонально.

поляризованими складовими електричного поля чи станами поляризації.

SOP (State of Polarization). Будь-яка лінійна комбінація цих двох лінійно поляризованих.

складових є також рішенням рівняння отже, фундаментальної.

модою. У ідеальному изотропном оптичному волокні обидва стану поляризації.

мають те ж постійну поширення, тобто. поширюються з.

однаковою швидкістю, і цього проходження такого середовища тривалість результуючого.

імпульсу залишається незмінною. Однак у реальних оптичних волокнах через.

порушення кругової симетрії виникає невеличка анізотропія, тому, враховуючи,.

що світлова енергія розподілено між SOP, відмінність констант поширення.

викликає збільшення тривалості імпульсу не вдома ВВ. Анізотропія чи двулучепреломление.

оптичного волокна пов’язана або з порушенням ідеальної.

кругової форми серцевини, або з наведеним двулучепреломлением речовини,.

наприклад, через несиметричних напруг у матеріалі ВВ як і показано на рис.

3.4а, чи то з розбіжності геометричних центрів серцевини і оболонки.

Втрата кругової симетрії призводить до появи анизотропии, у своїй, в оптичному.

волокні поширюються дві ортогонально поляризовані моди з різними.

фазовыми і груповими швидкостями. Рис. 3.4а. Причини появи анизотропии.

оптичного волокна. Швидкості поширення поляризационных компонентів світлового.

імпульсу різні, що зумовлює виникненню тимчасової затримки, яку.

прийнято називати диференціальної груповий затримкою DGD (Differential Group.

Delay), що призводить до уширению результуючого сигналу. Стану поляризації,.

що задають найшвидше і саме повільне поширення сигналу, називаються швидким.

і повільним головними станами поляризації PSP (Principal State of Polarization).

Осі лінійних поляризаций швидкого й повільного PSP називаються «швидкої».

і «повільної» осями анизотропной середовища. Різниця швидкостей призводить до відставання.

імпульсу, поляризованого вздовж повільної осі PSP (див. рис. 3.4б) від імпульсу,.

поляризованого вздовж швидкої осі PSP на величину відносної затримки.

. Виникнення DGD викликає кілька спотворень інформаційного сигналу, включаючи збільшення.

тривалості імпульсу. Але на відміну від хроматичної дисперсії, PMD не.

є стабільною, а має статистичну природу. Є кілька чинників.

зростання анизотропии профілю волокна: статичні чинники: — власне недосконалість.

заводського процесу витяжки волокон; - скручування волокон під час виготовлення.

волоконно-оптичного кабелю (ВОК); - вигини ВОК як наслідок механічні.

деформації волокон, що у процесі укладання кабелю; і динамічні чинники:

— варіації температури довкілля — для ВОК, прокладених у ґрунт; ;

динамічні деформації волокон (вітрові навантаження, варіації температури оточуючої.

середовища, деформації внаслідок зледеніння кабелю) — для підвісних ВОК. Рис.

3.4б. Поява PMD для розповсюдження світлових імпульсів в оптичному волокні.

Через наявність динамічних чинників навіть у межах окремого сегмента волокна.

неможливо визначити напрям поляризації сигналу після проходження цієї.

сегмента. Тим паче, неможливо визначити пропорцію, у якій розподілитися.

енергія між PSP ось на чому ділянці волокна. Отже, диференційна групова.

затримка не стала величина, а змінюється згодом, причому випадковим.

чином. Докладний аналіз динамічного поведінки DGD показує, що ця випадкова.

величина найкраще підпадає під розподіл Максвелла, а середньоквадратичне.

відхилення пов’язаний із середнім значенням диференціальної груповий.

затримки співвідношенням [5]: ,(3.4.3) де індекс Max — позначає усереднення.

по функції розподілу Максвелла. Поляризационной модовой дисперсией PMD.

називають середньоквадратичне значення диференціальної груповий затримки: .

Вона зазвичай вимірюється в пс. У лінії з великою кількістю сегментів значення.

PMD визначається залежність від сумарного відстані за такою формулою [5]:

(3.4.5) де L — протяжність оптичної лінії зв’язку (км), — коефіцієнт.

PMD оптичного волокна (пс/км½). Значення коефіцієнта для типових ВВ перебуває.

не більше від 0,1 до 2 пс/км½. У табл. 3.4. їм в різних швидкостях оляризованной.

вздовж повільної осі, щодо хвилі, поляризованої вздовж швидкої.

осі, призводить до появи різниці фаз між двома поляризационными компонентами,.

прямо пропорційної DGD і кутовий частоті світловий хвилі: .

Лінійна залежність різниці фаз двох поляризационных компонент призводить до.

періодичної залежності поляризації вихідного випромінювання від частоти. 3.4.2. Контроль.

PMD у процесі експлуатації ВОСП. Після прокладки кабелю багато параметри,.

зокрема і PMD, можуть за низкою причин (деформації волокна, температурні.

зміни, натяг тощо.) відчувати відхилення від паспортні дані. Це.

проведення вимірів PMD оптичних волокон після інсталяції волоконно-оптичного.

кабельної системи. Також у процесі експлуатації слід проводити регулярні.

перевірки параметра PMD. Для складних ліній з великою кількістю послідовних.

сегментів волоконно-оптичних кабелів слід тестувати PMD.

і окремих сегментів. Якщо лінія складається з N сегментів ВОК, дисперсія у кожному.

у тому числі дорівнює, то результуюча поляризационная модовая дисперсія визначається.

з висловлювання на відповідно до закону суми незалежних випадкових величин.

[5]: (3.4.7) Досліджуємо простою прикладі. Нехай лінія складається з дев’яти.

сегментів, вісім із яких має = 0,2 пс/км½ і тільки = 2,0 пс/км½. Результуючий вектор

такий лінії дорівнює 2,078 пс/км½. Якщо усе дев’ять сегментів мають.

= 0,2 пс/км½, то результуюча дорівнюватиме 0,6 пс/км½. Це означає, що це.

сегменти повинні тестуватися, аби внеможливити можливість різкого впливу низьких.

характеристик одного сегмента на лінію загалом [4]. Глава 4. Методи компенсації.

хроматичної дисперсії 4.1. Огляд методів компенсації дисперсії У цей.

час запропоновано і досліджувана дуже багато способів компенсації дисперсії.

Їх можна розділити ми такі три класу [7]: — способи компенсації дисперсії,.

засновані на управлінні просторовим розподілом дисперсії волоконно-оптичного.

лінії зв’язку (ВОЛЗ) задля забезпечення нульового сумарного (інтегрального).

значення дисперсії для лінії;- способи компенсації дисперсії, засновані.

на управлінні передавачем чи приймачем випромінювання;- способи компенсації.

дисперсії, використовують нелинейные оптичні ефекти керувати просторово.

— тимчасовими характеристиками світлового імпульсу. Принцип компенсації.

дисперсії, заснований на управлінні просторовим розподілом дисперсії.

волоконно-оптичного лінії зв’язку у тому, що у ВОЛЗ між ділянками.

телекомунікаційного волокна встановлюються устрою, дисперсія яких дорівнює.

за величиною і протилежна за сигналом дисперсії попереднього ним ділянки телекомунікаційного.

ОК. Можна розглядати хроматичну дисперсию як фазовий.

зрушення між різними довжинами хвиль сигналу. У компенсирующем волокні фазовий зрушення.

постійний, що передбачає лише статичний метод компенсації. У ідеальному.

разі фазовий зрушення спектральних компонент повністю компенсується у пристрої.

— компенсаторе хроматичної дисперсії. Цей принцип пояснює рис. 4.1.

Рис. 4.1. Застосування устрою компенсації дисперсії Більшість типів телекомунікаційного.

волокна у робітничій області спектра має позитивної дисперсией,.

для їх компенсації використовуються устрою із від'ємною дисперсией.

Найпоширенішими пристроями як компенсація дисперсії ВОЛЗ є:;

відтинки компенсуючого дисперсию волокна (DCF); - устрою з урахуванням.

брэгговских дифракційних решіток з змінюваним періодом грати;- интерферометрические.

устрою. Клас пристроїв, заснованих на виключно управлінні просторовим.

розподілом дисперсії волоконно-оптичного лінії зв’язку задля забезпечення нульового.

сумарного значення дисперсії для лінії, є найзручнішим і.

знаходить найбільше практичне застосування. До другої класу ставляться устрою,.

використовують або модуляцію переданого сигналу, або спеціальну обробку.

сигналів на фотоприемнике на відновлення інформації. Найширше в.

цьому класі застосовуються устрою компенсації дисперсії, засновані на внесенні.

лінійної частотною модуляції переданого сигналу (чирпировании сигналу), знак.

якої протилежний модуляції, виникає в ВВ. До класу нелинейно-оптических.

методів компенсації хроматичної дисперсії належить інверсія спектра світлових.

сигналів у середині лінії зв’язку. Принцип роботи інверторів спектра грунтується.

на явище звернення хвильового фронту (ОВФ), що полягає у перетворення.

однієї хвилі до іншої з ідентичним розподілом амплітуди і фази і з протилежним.

напрямом поширення. ОВФ отримують методом четырехволнового.

змішання [8]. У цьому вся методі в нелінійної середовищі интерферируют чотири світлових.

пучка. Три їх подаються ззовні: об'єктний пучок, потрібного звернути,.

і ще дві опорні хвилі. Опорні пучки, що ширяться назустріч одна одній, мають.

зазвичай плаский хвильової фронт і однакову частоту, таку ж, як і об'єктний.

пучок. Об'єктний пучок можна направляти у середу у напрямку. Четвертий.

— генерований пучок — звернений стосовно об'єктному. Через війну проходження.

устрою інверсії імпульс зберігає свою форму, але передній фронт стає.

длинноволновым, а задній фронт — короткохвильовим. Інвертор встановлюється.

у середині лінії зв’язку, тому через дисперсії у другій половині лінії відновлюється.

початкова форма оптичного імпульсу. 4.1.1. Оптичне волокно,.

яке компенсує дисперсию. Оптичне волокно з компенсацією дисперсії є.

основним компонентом при статичному придушенні хроматичної дисперсії.

Його негативна хроматична дисперсія у кілька разів перевищує позитивну.

хроматичну дисперсию одномодового волокна. Додавання ділянки волокна з.

компенсацією дисперсії певної довжини компенсує дисперсию лінії передачі,.

звертаючи їх у нуль. Негативна дисперсія, зазвичай, забезпечується зменшенням.

діаметра серцевини і слабким волноводным поширенням. На жаль,.

недоліком таких волокон із слабким каналированием світла є збільшення загасання.

і матеріальних втрат на вигини. Одна з вад використання волокна DCF як компенсація.

дисперсії залежить від хвильової залежності хроматичної дисперсії.

D (?). У лінійному наближенні цю залежність описує параметр P. S — нахил дисперсионной.

кривою. Компенсація дисперсії, наприклад, статичним методом в одній.

довжині хвилі призведе до неточною компенсації інших довжинах хвиль в системах.

DWDM. Для кількісного порівняння якості компенсації дисперсії часто використовують.

поняття добротності компенсуючого волокна [7]. Добротністю компенсуючого.

волокна називається ставлення абсолютного значення дисперсії, вираженого в.

пс/нм/км до загасанню, висловленому в дБ/км. Добротність єдиний показник.

якості компенсуючого дисперсию волокна. Необхідно враховувати, зокрема,.

наскільки висока чутливість до втрат на згинах. Тому, під час використання.

значення добротності порівнювати різних видів оптичних волокон потрібно.

прагне, щоб вимірювати добротність за тих умов, у яких ВВ.

буде роботу. Оптичні волокна DCF з великим показником добротності.

використовують як додаткові елементи лінії зв’язку, вони збільшують втрати.

в лінії, приблизно, на 30%. Так, для прольоту довжиною 300 км може знадобитися близько.

50 км волокна з компенсацією дисперсії, у своїй додаткові втрати потужності.

становитимуть 18 дБ. Рис. 4.2. Поведінка накопиченої дисперсії в лінії (період.

80 км SMF + DCF) з компенсацією дисперсії одній довжини хвилі. Для компенсації.

дисперсії застосовується свій новий тип ВВ, названого оптичним волокном із другого.

дисперсией (RDF). Волокно RDF має коефіцієнтом дисперсії приблизно.

рівним за величиною і протилежним за сигналом відповідному параметру стандартного.

одномодового волокна. Обмірюване значення втрат на вигин в RDF волокні.

виявилося набагато менше, ніж у стандартному ВВ. Це дозволяє виготовляти оптичні.

кабелі з RDF волокном. Кабель з урахуванням RDF волокна сполучається з ОК з урахуванням.

стандартного ВВ приблизно тієї самої довжини. Дисперсионный коефіцієнт такого сполуки.

вбирається у ±0,5пс/нм/км в смузі довжин хвиль 1530нм — 1564нм. Оскільки згасання.

RDF волокна 0,25 дБ/км при затуханні стандартного волокна 0,2 дБ/км, середнє.

згасання в лінії одно 0,225 дБ/км. Ще однією перевагою RDF волокна.

є менша проти DCF нелінійний. Розглянуті вище різні.

типи компенсуючих дисперсию волокон дозволяють досить добре компенсувати.

дисперсию і нахил дисперсионной залежності стандартного оптичного волокна.

(SMF). Нині переважно модулів компенсації дисперсії використовується.

DC волокно, т.к. такі модулі не споживають потужність, мають малу вартість.

і зручні при застосуванні (зазвичай розміщається не вдома оптичного усилителя).4.1.2.

Компенсатори з урахуванням брэгговских решіток зі змінним періодом. Компенсатори.

з урахуванням брэгговских решіток зі змінним періодом залучають у останнє.

час багато уваги дослідників своїми великими потенційними можливостями.

Волоконна брэгговская решітка FBG (fiber Bragg grating) — оптичний елемент,.

заснований на періодичному зміні показника заломлення серцевини чи.

оболонки оптичного волокна. Принцип роботи компенсаторів з урахуванням брэгговских.

решіток зі змінним періодом пояснює рис. 4.3. Він грунтується у тому, що компоненти.

з різноманітною довжиною хвиль відбиваються від різних ділянок грати та, таким.

чином, проходять різний шлях. Грати записуються (прочерчиваются) в волокні.

з допомогою фоточувствительности певних типів оптичних волокон.

Звичне кремнієве волокно при додаванні домішки германію стає надзвичайно.

фоточувствительным. Піддаючи це волокно впливу ультрафіолетового.

світла, можна викликати зміни показника заломлення в серцевині волокна. У.

такому волокні решітка може бути створена з допомогою опромінення волокна двома интерферирующими.

ультрафіолетовими пучками. Це змушує інтенсивність випромінювання.

змінюватися періодично за довжиною волокна. Там, де інтенсивність висока, показник.

заломлення збільшується, чи вона мала, показник залишається не змінювалась.

[4]. Фазовий зрушення в компенсатори на волоконных ґратах залежить від модуляції.

інтервалів між зонами з підвищеним показником заломлення в решітці. Якщо.

ці інтервали зростають вздовж волоконної грати, то довгохвильова частина сигналу.

проникне глибше в грати, як повністю позначиться. Це призводить.

до затримки довгохвильових складових щодо коротких. Якщо відстань між.

короткохвильовою і довгохвильової частинами грати становить 1 мм, то довгохвильові.

складові будуть затримані приблизно на 10 пс.Рис. 4.3. Брэгговская.

решітка, призначена як компенсація дисперсії. Оскільки період грати.

змінюється вздовж волокна, те й умови відображення щодо різноманітних спектральних компонент.

виконуються різними ділянках. Для компенсації позитивної дисперсії.

стандартного одномодового волокна використовуються грати, а яких короткохвильові.

складові світловий хвилі позначаються на точці, розташованої далі з початку.

устрою, ніж точка, у якій відбиваються довгохвильові складові. Тим.

самим короткохвильові складові затримуються щодо довгохвильових.

складових. У ідеалі бажано отримати грати, яка вносить велику дисперсию.

для широкого діапазону довжин хвиль до застосування в системах передачі WDM.

і DWDM. Максимальна затримка, яка може бути отримана з допомогою грати, становить.

1 нс. Ця затримка відповідає твору дисперсії, вносимой гратами.

і довжини хвилі, де вона виникає. Отже, можна було одержати грати,.

які роблять велику дисперсию для малих діапазонів хвиль, 1000 пс/нм в.

діапазоні 1 нм, чи малу дисперсию у великих діапазонах хвиль, наприклад, 100 пс/нм.

буде в діапазоні 10 нм. Зауважимо, що 100 км стандартного волокна вносять загальну дисперсию.

1700 пс/нм. Тому на згадуваній практиці у тому, щоб використовувати грати з.

лінійно змінюваному періодом для оптичного волокна довжиною кілька сотень кілометрів,.

повинно бути дуже узкодиапазонными, тобто. необхідно використовувати.

різні грати щодо різноманітних довжин хвиль. Тому грати з лінійно мінливих.

постійної ідеально підходять як компенсація окремих довжин хвиль. Навпаки, яке компенсує.

волокно (DCF) більше як компенсація широкого діапазону довжин.

хвиль в системах WDM і DWDM. Проте, проти гратами з лінійно мінливих.

постійної, DCF вносять великих втрат й додаткові затримки через збільшуються.

нелинейностей. Фазовий зрушення, викликаний волоконної гратами, можна.

налаштовувати змінюючи інтервали між зонами з підвищеним показником заломлення,.

змінюючи показник заломлення самого волокна і впливаючи на обидві ці чинника.

одночасно. Діючи окремо, чи одночасно, можна змінювати становище.

точки відображення для конкретної довжини хвилі в ВВ. Такі грати зі змінним.

періодом називаються чирпированными. Ці устрою може бути компактними.

Решотка довжиною 5 див, у принципі, може компенсувати дисперсию у системі довжиною.

300 км із зовнішнього модуляцією і швидкістю передачі 10 Гбит/с. Але FBG мають значення і.

істотними недоліками: — грати виготовляються фотоспособом з фоточувствительного.

ВВ, згодом під впливом світлових сигналів відбувається порушення грати.

(розмивання);- в багатьох компенсаторів з урахуванням волоконных решіток є.

недолік, що полягає у цьому, що сигнал з компенсованою дисперсией.

відбивається у напрямку, для відділення входу від виходу потрібно.

використовувати оптичний циркулятор;- для нормально функціонувати устрою.

з урахуванням FBG необхідна стабілізація температурні умови, що підвищує.

загальну вартість компенсатора.4.1.3. Компенсатори хроматичної дисперсії з урахуванням.

планарных интерферометров і микро-оптических пристроїв. Деякі оптичні.

інтерферометри, зокрема еталони Фабрі - Перо, Жирі - Турнуа і Маху — Цендера,.

мають дисперсионными характеристиками, які можна використані.

як компенсація дисперсії ВОЛЗ. Фазовий фільтр (all — phase filter) ідеально передає.

світло усім довжинах хвиль у своїй робочому діапазоні і може зрушувати фази.

на певних довжинах хвиль. Два важливих прикладу представлені еталонами і кільцевими.

резонаторами [7]. У добре відомому еталоні Фабрі - Перо світло курсує.

в резонаторе, обмеженому двома напівпрозорими дзеркалами. Резонанс настає.

за умови, що у повний шлях світла між дзеркалами туди назад d вкладається.

ціла кількість довжин хвиль? серед із показником заломлення n, чи 2d = N?/n.

Такі резонансні довжини хвиль затримуються резонатором, що зумовлює їх фазовому.

зрушенню щодо інших довжин хвиль. Проте еталон Фабрі - Перо перестав бути.

правильним фазовим фільтром, тому що світло може залишити його із будь-якої з цих двох.

дзеркал. Менш відомий еталон конструкції Жирі - Турнуа (Gires — Tournois) діє.

як фазовий фільтр, оскільки заднє дзеркало є цілком відбиваючим,.

й усе світло виходить із частково прозорого переднього дзеркала (див. рис. 4.4).

Як і еталоні Фабри-Перо резонансы виникають, коли повний шлях світла кратний.

цілому числу довжин хвиль. Світло на резонансних довжинах хвиль відчуває фазову затримку,.

проводячи більше часу у резонансної порожнини тоді як іншими довжинами.

хвиль. Рис. 4.4. Перестраиваемые оптичні фазові фільтри можна побудувати.

двома шляхами: два фазовращателя вміщують у кільцевої резонатор (зліва), або.

электростатически-управляемая мембрана служить частково проникним дзеркалом.

в еталоні Жире-Турнуа (справа) Змінюючи відстань між дзеркалами можна налаштуватися.

на умова резонансу ще більшу фазову затримку. У одному з підходів рухливий.

переднє дзеркало переміщається туди-сюди щодо повного відбивача.

Як альтернативу використовують температурну регулювання показника заломлення,.

що зумовлює того ж таки ефекту фазового зсуву на резонансних довжинах хвиль.

Резонансні фазові зрушення не виявляються дуже різко, а розмазані у певній.

діапазоні довжин хвиль (див. рис. 4.5). Конструкція еталона допускає виникнення.

кількох резонансов на равноотстоящих довжинах хвиль. Отже, відразу.

кілька робочих каналів можуть відчути фазову затримку, хоча даний метод.

Демшевського не дозволяє налаштовувати різні нахили дисперсионной кривой.Рис. 4.5. Фазовая.

затримка в еталоні Жире-Турнуа змінюється періодично. Інший тип фазового фільтра.

з перестраиваемой фазової затримкою в кільцевому резонаторе показаний на рис.

4.4. До складу кільця входить пара термооптических фазовращателей, з допомогою яких.

регулюють фазову затримку і, отже, хроматичну дисперсию. (Кільце.

з однією фазовращателем забезпечує постійну фазову затримку.) Цю методику.

не розроблена настільки добре як фазовий фільтр з урахуванням еталона, але допускає.

виконання з урахуванням інтегральної оптиці і незабаром обіцяє налагодження дешевого виробництва.

4.1.4. Способи компенсації дисперсії, засновані на управлінні передавачем.

чи приймачем випромінювання. У багатьох способів компенсації дисперсії, заснованих.

на управлінні передавачем, здійснюється частотна модуляція світлових.

імпульсів — чирпирование. Вплив попередньої частотною модуляції на тривалість.

світлового імпульсу описується вираженням (3.3.19). Попереднє чирпирование.

переданого імпульсу здебільшого створюється зовнішньої фазової.

модуляцією. Для зовнішньої фазової модуляції можна використовувати.

будь-які фазові модулятори [7]. Простота реалізації таких методів зробила їх привабливими.

до застосування в міських мережах зв’язку, працюючих при швидкості передачі.

інформації 2,5 і десяти Гб/с. Усунути дисперсионное розширення сигналів на.

фотоприемнике вдається під час використання гетеродинного прийому. У когерентном приймальнику.

вступники сигнали змішуються гетеродином з опорним випромінюванням; тим.

самим будь-які коливання фаз і амплітуди оптичного сигналу передаються на електронну.

частина приймача. Потім стає можливим компенсація лінійної дисперсії.

сигналу в електронної частини фотоприемника. Глава 5. Розрахунок технічних характеристик.

магістральної ВОЛЗ Як приемопередающей апаратури передбачається.

використовувати устаткування компанії Huawei Technologies, саме мультисервісну.

транспортну платформу OptiX 10G, необхідні технічні характеристики якої.

наведено нижче. 5.1. Паспортні технічні дані приемопередающего устаткування.

і ВОК, використовувані під час розрахунків дисперсії і загасання При розрахунку бралися.

гірші технічні характеристики у зв’язку з забезпеченням теоретичного розрахунку.

без допущень [Додаток]. Протяжність ВОЛЗ Тюмень — Ялуторовск: L = 80,394.

км; Показник заломлення серцевини: n = 1,467; Робоча довжина хвилі:? =.

1,55 мкм; Кількість муфт (кількість сростков): = 23; Километрическое згасання.

в ВВ: = 0,24 дБ/км; Кількість разъемных сполук: = 4; Втрати на неразъемных.

з'єднаннях (сростках): = 0,05 дБ; Втрати на разъемных з'єднаннях: = 0,2 дБ;

Експлуатаційний запас для апаратури: = 3 дБ; Експлуатаційний запас для кабелю:

= 3 дБ; Потужність джерела оптичного випромінювання: = + 13 дБм; Чутливість.

приймача: = - 25 дБм; Діапазон довжин хвиль з травня нульової дисперсией: від ?0 = 1301,51 321,5.

нм; Максимальна величина крутизни нульової дисперсії: S0 = 0,092 пс/(нм2· км);

Максимальна ширина спектра випромінювання джерела: ?? = 0,04 нм; Коефіцієнт.

поляризационной модовой дисперсії: = 0,5 пс/км½. Швидкість передачі при.

STM-4 = 622,08 Мбіт/с; Швидкість передачі при STM-64 = 9953,28 Мбіт/с; Початкова.

тривалість імпульсу для STM-4 = 401,88 пс; Початкова тривалість імпульсу для.

STM-16 = 25,13 пс; і беруть із технічних умов (контрактних специфікацій).

для устаткування ВОЛЗ. 5.2. Розрахунок дисперсії ВОЛЗ При передачі сигналів по ВОЛЗ.

використовуються методи ІКМ, у результаті передана інформація представляється.

як двійкових кодів — бітов 1 і 0, причому 1 відповідає високого рівня.

потужності, а 0 — низькому. Модульований сигнал передається по ВВ імпульсами.

з тривалістю і швидкістю передачі бит/с. У процесі поширення внаслідок.

дисперсії відбувається «розмивання» імпульсів, тобто. збільшення його тривалості.

Якщо тривалість отриманих приймачем імпульсів перевищить бітовий інтервал,.

відбудеться накладення сусідніх імпульсів друг на друга, що викликає межсимвольную.

інтерференцію. Отже, приймач зможе розпізнати окремі імпульси,.

і цього цього збільшиться коефіцієнт бітових помилок BER. Бітовий інтервал.

пов’язане з швидкістю передачі сигналів співвідношенням: .

чином, для нормально функціонувати ВОЛЗ необхідно: — забезпечити тривалість.

отриманого імпульсу, не перевищує вихідний бітовий інтервал;- забезпечити.

отриману потужність рівну чутливості приймача чи запровадити запас,.

перевищує. Саме тому під час проектування ВОЛЗ ще швидше передачі найважливішими.

технічними характеристиками є дисперсія і згасання ВВ. 5.2.1.

Розрахунок поляризационной модовой дисперсії Поляризационная модовая дисперсія розраховується.

з висловлювання (3.4.7): пс. 5.2.2. Розрахунок хроматичної дисперсії.

Граничне значення коефіцієнта хроматичної дисперсії з урахуванням діапазону довжин.

хвиль нульової дисперсії визначається з таких висловів (см. ф. 3.2.16):

Звідси, = 0,092· (1550 — (1301,5)/1550)/4 = 17,92 пс/(нм· км), що він відповідає.

технічними характеристиками, узятим з паспорти волоконно-оптичного.

кабелю, для довжини хвилі? = 1,55 мкм [Додаток]. Звідси можна розрахувати значення.

хроматичної дисперсії: 17,92· 0,04·80,394 = 57,63 (пс), яка визначає.

збільшення тривалості імпульсу (див. п. 3.2). З урахуванням поляризационной модовой.

дисперсией результуюча дисперсія визначатиметься із наступного висловлювання.

[5]: пс. Т.к. бітовий інтервал одержимо: для STM-4: = 1607,5 пс, для STM-64:

= 100,5 пс. Максимально допустима величина уширения імпульсів визначається з.

умови, що допустима тривалість імпульсу [9]: .

при швидкості передачі 622,08 Мбіт/с (STM-4) допустима тривалість імпульсу.

буде пс, а при швидкості передачі 9953,28 Мбіт/с — пс. Початкова тривалість.

імпульсів визначається з висловлювання [9]: .

для STM-4: = 406,01 пс, для STM-64: = 63,01 пс. Тобто. при швидкості передачі 9953,08.

Мбіт/с (STM-64), оптичний імпульс, уширенный внаслідок дисперсії, перевищить.

допустиму величину пс. Тому, щоб за ВОК передавати сигнали STM-64, необхідно.

компенсувати хроматичну дисперсию в лінії зв’язку. 5.3. Розрахунок енергетичного.

бюджету Використовуючи дані, згасання ВОЛЗ вираховується за формулою (3.1.4):

0,05· 23 + 0,24· 80,394 + 0,2· 4 = = 1,15 + 19,295 + 0,4 = 21,045(дБ) Отже,.

енергетичний бюджет буде [формула 3.1.4]: + 13 — (- 25) — 3 — 3 -.

21,045 = = 10,955 (дБм) Отримане значення загасання волоконно-оптичного лінії.

у межах допустимих значень, т.к. розрахований енергетичний бюджет.

() вийшов позитивним. 5.4. Розрахунок лінії зв’язки України із урахуванням компенсації дисперсії.

Модулі як компенсація дисперсії повинні задовольняти ряду вимог:;

малі втрати;- малі габарити і ваги;- мала споживана потужність;- мала вартість.

Сьогодні як компенсація дисперсії застосовують два методу: — заснований.

на використанні DC волокна;- з урахуванням FBG. З огляду на чесноти та вади.

згаданих методів (див. п. 4.1.1 і п. 4.1.2) фірми, займаються наданням.

послуг волоконно-оптичній зв’язку, воліють використовувати модулі компенсації.

з DCF. Модулі з DC волокнами задовольняють більшості вимог, в.

частковості не споживають міць і мають невеликими габаритами і вагою, й у.

основному використовують у системах зі швидкістю передачі 10 Гбит/с (STM-64). Компанії.

Corning і Lucent Technologies нині основні виробниками.

модулів з DC волокнами. У таблиці 5.4 порівнювати показані технічні.

роботи дійшла висновку, що з ефективної компенсації дисперсії в лінії зв’язку.

Тюмень — Ялуторовск необхідно використовувати модуль DK-80 Lucent Technologies.

Фізично модуль як компенсація дисперсії встановлюється в стійці приемопередающей.

апаратури, один компенсатор одне оптичні волокна. Однак через великих.

втрат, внесених модулем, його небажано встановлювати не вдома оптичного.

кабелю, т.к. це сприятиме зменшенню сигналу на вході у оптичний підсилювач,.

і, отже, до підвищення відносини сигнал/шум. Насправді прийнято компенсувати.

дисперсию з усього лінійному тракту після кожного оптичного підсилювача.

Та оскільки у цій ВОЛЗ підсилювачі входять до складу приемопередающей апаратури,.

то оптимальним є проживання модуля між оптичним підсилювачем передавального.

устаткування й оптичним кабелем. Повна скомпенсированная дисперсія.

розраховується з урахуванням раннє отриманих параметрів та об'єктивності даних з таблиці 5.4.

Повна негативна дисперсія модуля компенсації: (пс). Отже, повна.

скомпенсированная дисперсія у кожному ВВ лінії зв’язку буде [9]: (пс). Через війну,.

кінцева тривалість імпульсу не вдома оптичного кабелю при швидкості передачі.

= 9953,28 Мбіт/с (STM-64) буде: (пс), значно менший припустимого значення.

Оскільки компенсатор дисперсії вносить додаткові досить великі.

втрати, необхідно розрахувати енергетичний бюджет з урахуванням цих втрат: = +.

13 — (- 25) — 3 — 3 — 21,045 — 7,9 = 3,055 (дБ), де — втрати, внесені модулем.

компенсації дисперсії. Отже, з отриманих значень параметрів можна.

укласти, після відомих компенсації дисперсії енергетичний бюджет залишається позитивним,.

а кінцева тривалість імпульсу перебуває у допустимих межах. Отже,.

передача інформації з швидкістю 10 Гбит/с на даної ВОЛЗ стає.

осуществимой.

Заключение

У цьому дипломної роботі перед виконавцем поставлені.

завдання, на вирішення яких прокуратура вивчила такі питання: 1. Основи теорії.

волоконно-оптичних ліній зв’язку, параметри оптичного волокна та її конструкція.

Конструкція волоконно-оптичного кабелю, його технічні характеристики.2.

Основні засади цифровий системи передачі STM-64, основи синхронної цифровий.

ієрархії, і методи мультиплексування інформаційних потоков.3. Процеси, що відбуваються.

для розповсюдження світла оптичному волокні. Їх впливом геть швидкість.

і дальність передачі інформаційних сигналов.4. Огляд методів компенсації хроматичної.

дисперсії. Працюючи над дипломом з попередніх розрахунків було.

виявлено, що у эксплуатируемому зараз ВОК неможлива передача.

інформації з швидкістю 9953,28 Мбіт/с (STM-64) через значного уширения.

оптичних імпульсів внаслідок хроматичної дисперсії не вдома оптичного.

волокна. Аби вирішити що виникла проблеми автором роботи було запропоновано компенсація.

дисперсії спеціальним пристроєм (модулем компенсації дисперсії). Було.

вироблено порівняння можливих методів компенсації дисперсії, і підставі.

відповідних технічних характеристик із запропонованих на момент.

модулів був обраний найефективніший. З урахуванням компенсації дисперсії були.

проведено повторні розрахунки. За підсумками отриманих результатів виконавець дипломної.

роботи дійшла висновку, що буває після компенсації дисперсії технічні характеристики.

даного ВОК цілком задовольняють вимогам цифровий системи передачі.

STM-64 по дисперсії і загасанню. Отже, відповідно до отриманих результатів.

автор дипломної роботи уклала, що у волоконно-оптическому кабелю, який був.

у складі реконструируемой ВОЛЗ Тюмень-Ялуторовск можлива передача сигналу.

STM-64 (9953,28 Мбіт/с), але цього необхідна установка приемопередающего.

устаткування Optix 10G фірми Huawei Technologies й застосування їх для компенсаци дисперсії.

модуля DK-80 Lucent Technologies.

Список використаних джерел информации.

1. Слепов М. М. Синхронні цифрові мережі SDH. — М., 1997.2. Рекомендації ITU-T.

Rec. G.707.3. internet internet Іванов Г. Б.

Волоконна оптика: компоненти, системи передачі, виміру. — М.: Компанія САЙРУС.

СИСТЕМС, 1999.6. G.P.Agraval. Fiber-optic communication sistems. — 2nd ed.,.

John WileySons, Inc., 1997.7. Г. П. Агравал. Нелінійна волоконна оптика. — М.,.

Світ, 1996.8. Зельдович Б. Я., Шкунов В. В. Звернення хвильового фронту. — У.

науки, 1992.9. Листвин А. В., Листвин В. М., Швырков Д. В. Оптичні волокна для.

ліній зв’язку. — Вэлком, 2002.10. Додаток — технічні дані на ВОК.Список.

прийнятих сокращенийВОЛС — волоконно-оптична лінія связиВОСП — волоконно-оптична.

система передачиBOК — волокняно-оптичний кабельОК — оптичний кабельОВ.

— оптичне волокноSDH — (Synchronous Digital Hierarchy) синхронна цифрова.

иерархияDWDM — (Dense Wavelength Division Multiplexing) сверхплотное хвилеве.

мультиплексування за довжиною хвилі ЦСП — цифрова система передачиSTM-4 — (Synchronous.

Transport Module) синхронний транспортний модуль рівня 4, відповідний.

швидкості передачі 622,08 Мбит/сSTM-64 — (Synchronous Transport Module).

синхронний транспортний модуль рівня 64, відповідний швидкості передачі.

інформації 9953,28 Мбіт/с TDM — (Time Division Multiplexing) тимчасове мультиплексування.

інформаційних потоковSOP — (State of Polarization) ортогонально.

поляризовані складові електричного поля чи стану поляризації DGD.

— (Differential Group Delay) диференційна групова затримка PSP — (Principal.

State of Polarization) стану поляризації, що задають найшвидше і саме.

повільне поширення сигналу, називаються швидким і повільним головними станами.

поляризації PMD — (Polarization Mode) поляризационная модовая дисперсияDCF.

— (Dispersion Compesating Fiber) яке компенсує дисперсию волокноFBG — (Fiber.

Bragg Grating) волоконна брэгговская решітка — оптичний елемент, заснований.

на періодичному зміні показника заломлення серцевини чи оболонки.

оптичного волокна 2.