Parametrii Cablurilor Optice

download Parametrii Cablurilor Optice

of 24

  • date post

    08-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    298
  • download

    2

Embed Size (px)

Transcript of Parametrii Cablurilor Optice

Lucrare de laborator Nr.2PARAMETRII CABLURILOR OPTICE2.1.Scopul lucrrii: studierea i calculul parametrilor geometrici, optici i detransmisiuneai fibrelor optice; studierea construciei cablurilor optice.2.2. Noiuni teoretice:Parametrii geometrici ai fibrelor optice.Parametrii geometrici de baz ai fibrelor optice sunt: diametrul miezului; diametrul nveliului; diametrul stratului protector; forma eliptic a miezului; forma eliptic a nveliului; inconcentricitatea miezului i nveliului.Fig.2.1. Parametrii neomogenitilor n fibra optic; a forma eliptic; b inconcentricitatea miezului i nveliului fibreioptice26Formaeliptic amiezului fibrei optice secalculeaz ca diferena diametrelor maximi minimalemiezului, divizatla diametrul nominal al miezului i se determin numai pentru fibrele multimod. Formaelipticanveliului sedeterminatt pentru fibrelemultimod, ct i pentrucelemonomod. Formaeliptica miezului fibrei optice (fig.2.1 a) se determin cu expresia nmin maxmdd dH+, (2.1)undemformaelipticamiezului, %;dmax,dmincorespunztor suntdiametrul maximiminimalmiezului, m;dndiametrul nominal al miezului, m;Formaelipticanveliului fibrei opticesedetermincu relaianmin maxidd dH+, (2.2)unde i forma eliptic a nveliului, %; dmax, dmin corespunztor sunt diametrele maximi minimale nveliului, m;dn diametrul nominal al nveliului, m;Inconcentricitatea miezului n raport cu nveliul se determincadistanantrecentrelenveliului i miezului fibrei optice (fig.2.1 b) i se calculeaz cu expresia

m i i / mC C H ,(2.3) undei / mH- inconcentricitateamiezului nraport cunveliul, m;Cmcoordonatacentrului miezului, m;Cicoordonata centrului nveliului, m.Parametrii geometrici sunt standardepentrudiferitetipuri de fibre optice.Parametrii optici de baz ai fibrelor sunt:- diferena relativ a indicilor de refracie ( );- apertura numeric (NA);- frecvena normat (v);- numrul modelor care se propag (M);- diametrul cmpului modei (dcm);- lungimea de und critic (cr).27Diferena relativ a indicelor de refracie.Diferena relativ aindicelor de refracie a miezului i nveliului fibrei optice se determin cu relaia

12 1n n n . (2.4)Apertura numeric.Cnd lumina este injectat n deschiderea fibrei (vezi fig.2.2), ea este refractat fa de normal, crend un unghi maxim de inciden, unghiul de acceptan. Fig.2.2.Conul de acceptan al fibrei.Sinusul unghiului de acceptan este definit ca apertura numeric (NA) i este calculat prin intermediul indicelor de refracie a celor dou materiale implicate:2 22 1sin n n . (2.5)Deschiztura, princareluminaseintroduce n fibr estede fapt tridimensional. Astfel unchiul de acceptan este unghiul conului, numit con de acceptan (vezi fig.2.2).Apertura numeric determin condiiile de introducere a semnalelor opticeiproceseledepropagarenfibraopticise calculeaz pentru:- fibrele optice cu profilul indicelui de refracie n trepte 2 n n n NA12221;(2.6)- fibrele optice cu profilul indicelui de refracie gradient28

2n ) r ( nNA2221; (2.7)n fibrele optice cu gradient se folosete noiunea de apertur numeric local. Valoarea ei este maximal pe axa fibrei i egal cu zero la grania de separare miez nveli.Frecvena normat. Frecvena normat determin numrul de mode i este egal cu NAa 2 ,(2.8)unde - lungimea de und, mDac 02,405multimod. Cuctestemai mic diametrul fibrei optice, cu att mai mic este numrul modelor care se propag n ea i cu att mai mic este durata impulsurilor optice. Corespunztor se mrete coeficientul lrgimii benzii fibrei optice. naamod, fibraopticmonomodpoatetransmitesemnalede band larg, n comparaie cu fibrele multimod.Numrul demodenfibraopticmultimod.Numrul total de mode n fibra optic multimod cu diametrul miezului2a, dat deapertura numeric lalungimea deunddelucru se determin cu ajutorul frecvenei normate prin urmtoarea expresie:' . gradient PIR cu optice fibrele pentru 4 /; trepte in PIR cu optice fibrele pentru 2 /N22(2.9)n calculeNpoate fi un numr fracionar, n timp ce numrul modelor n fibr este ntreg i poate primi valorile de la 1 pnla1000demode. nfibracuprofilul indicelui derefracie gradient, cu aceleai valori ale diametrului miezului, cu indicii de refracien1in2numrul modelor este de aproximativ 2 ori mai mic dect nfibreleopticecuprofilul indicelui derefracie n trepte. Numrul modelor (lund n consideraie toate modele aprute) n cazul fibrelor cu profilul indicelui de refracie n trepte se determin cu urmtoarea expresie:

( ) M / 2 1 2N2+, (2.10)29undeMindiceleordinului, caredescrieschimbareaprofilului indicelui de refracie.Diametrul cmpului modei n fibra optic monomod. Un parametruintegral foarteimportant al fibrelor opticemonomod este diametrul cmpului modei.nfibrele optice multimod dimensiunile miezului pot fi evaluate prin diametru (2a), n fibrele optice monomod cu ajutorul diametrului cmpului modei (dcm).Aceasta estelegatde faptul c energia modei de baz n fibra optic multimod se propag nu numai n miez, dar i n nveli, acoperind i regiunea de grani. De aceeadcmdetermin mai corect dimensiunile distribuieitransversale aleenergiei modei debaz. Valoareadcm este foarte important la conectarea fibrelor ntre ele, de asemenea, la conectarea sursei de radiaie cu fibra optic. Fig.2.3. Dependena de distribuie a intensitii radiaieimodei de baz a fibrei optice monomod n cea mai apropiat zon de razn fig.2.3 este reprezentat distribuia intensitii (puterii) radiaiei modei debazafibrei monomodnzonaapropiatde raz.Aceastdependent esteaproximat la un nivelfoartenalt prin formula Gauss30

200Wrexp J ) r ( J

,_

,(2.11)unde J(r) intensitatea radiaiei la distana r de la axa fibrei optice monomod; J0 intensitatea radiaiei pe axa fibrei optice monomod (pentru r = 0); W0 raza cmpului modei, adic valoarea razei, la care intensitatea radiaiei alctuiete 02J 35 . 0 e / 1 .Conform calculelor raza cmpului modei W0 n micrometri se determin la valori cunoscute ale lui v i = dm/2 cu expresia 1,5 60W a0.65 1.619 2, 879 . + + (2.12)LP01 moda fundamental i lungimea de und de tiere.n fibr cu profilul indicelui de refracie n trepte (g = ), pentrua asigura transmisia luminii ntr-osingur mod, moda fundamental, trebuie ca cV 2.405 V . Fibra care ndeplinete aceast cerin se numete fibr monomod. Fig. 2.4. Graficul funciei BesselConstantaVc=2.405estevaloareaxobinutcndmoda fundamentalafunciei Bessel J0(x) marcheazprimul zeroula intersecie. FunciileBessel sunt asemntoarecucurbeleatenuateale sinusului, i au descriere comun la propagarea undelor prin 31ghidurile de unde cilindrice simetrice ca i n cablul coaxial, ghidurile de unde tubulare (microunde) i fibr optic.nconstanta Vc, c nseamn pentrulungimea de und de tiere. Dacdvs vrei scalculai lungimeadeunddetiere, valoareaVctrebuiesfiecalculatpentruprofilul indicelui de refracie al fibrei existente. Pentru fibra monomod Vc = 2,405.Lungimea de und de tiere se calculeaz cu urmtoarea formul: cc2a 2aNA NAV 2.405 .(2.13)Aceasta nseamn c pentru toate lungimile de und c , doar omodsepoatepropaganghidul deunde. Fibraopticcare transmite lumina la aceste lungimi de und este fibra monomod.Este important de a nelege c tierea are cteva definiii i c aceastalarndul ei esteofunciedendoituri i ali parametri geometrici. n caz real aceti factori influeneaz asupra lungimii de und de tiere. n consecin fabricanii fibrei i cablului adesea definesc lungimea de und critic teoretic, lungimea de und critic a fibrei i lungimea de und critic a cablului. Lungimea de und critic a cablului este cea mai sczut i garanteaz funcionarea regimului monomod, daccondiiiledeterminatesunt realizate. nceledin urm inei minte c toate modurile, incluznd i moda fundamental, de fapt (prin polarizare) se compun din dou mode ce oscileaz perpendicular una pe alta.Parametrii de transmisiune a fibrelor optice. La parametrii de transmisiune se refer:- coeficientul de atenuare;- dispersia fibrelor optice monomod;- limea benzii de transmisiune a fibrelor optice multimod.Coeficientul de atenuare al semnalului optic.Atenuarea n fibra optic este valoarea micorrii puterii optice, care se propag de-a lungul fibrei optice ntre dou seciuni transversale la lungimea de und dat. Atenuarea n fibrele optice se exprim n 32dB. Coeficientul de atenuare n fibrele optice este valoarea atenurii pe o unitate de lungime a fibrei optice i se exprim n dB/km. Coeficientul de atenuare n fibrele optice este condiionat de pierderile n fibra optic i se exprim prin relaiaAI IR AM DR + + + ,(2.14)unde DR,AM,IR,AI- corespunztor sunt componentele coeficientului deatenuarepebazadispersiei Relei, absorbian materialul fibrei, absorbia infrarou i absorbia la impuriti.ncalculelepracticecoeficientulde atenuare este compus din atenuarea la absorbie i atenuarea prin mprtiere:;mp abs + ;tg n69 , 81abs ,K4mpmp (2.15)undetg (1210 4 . 2 tg ) - tangenta unghiului pierderilor dielectrice;mpK - coeficient de mprtiere.Dispersiasemnalului optic.Derndcucoeficientul de atenuare n fibrele optice un parametru foarte important este dispersia, care determin capacitatea de transmisiune pentru transmiterea informaiei.Dispersia aceasta este mprtierea n timp a componentelor spectrale sau modale a semnalului optic, care duce la mrirea duratei impulsului radiaiei optice la propagarea lui prin fibra optic i se determin prin diferena ptratului duratelor impulsurilor la ieirea i intrarea fibrei optice: 2in2out (2.16)undevalorileoutiinsedeterminlanivelul jumtii amplitudinii impulsurilor.Dispersia nunumai limiteaz intervalul de frecven n fibraoptic, dar micoreazesenial distanadetransmisiunea semnalelor, decicuct estemailunglinia, cu att mai multse mrete durata impulsurilor. n caz general dispersia este determinat de trei factori: diferena vitezelor de propagare a modelor direcionate, proprietile de direcionare ale fibrei optice i parametrii materialului dincareestefabricatfibraoptic. n legtura cu acestea cauzele de baz de apariie a dispersiei sunt, pe 33de o parte, numrul mare de mode n fibra optic (dispersia intermodal), iar pe de alt parte incoerena surselor de radiaie, care lucreazrealnspectru