Направляющие системы электросвязи

Федеральное агентство связи

 

Сибирский Государственный Университет  Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

 

 

 

 

 Лабораторная  работа №1

По  дисциплине: Направляющие системы электросвязи                                  

 

 

 

Выполнил:

Группа:

Вариант: 3

 

Проверил: ___________________

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск, 2012 г

ИСЛЕДОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ  И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ 
ЗАТУХАНИЙ В ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЯХ СВЯЗИ

ЦЕЛЬ  РАБОТЫ

Цель работы является проведение компьютерного  эксперимента по исследованию собственных и дополнительных затуханий в оптических кабелях связи:

- собственных  затуханий; 
- затуханий в местах соединений оптических волокон; 
- затуханий на микроизгибах и макроизгибах;

ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

2.1 Расчет и  построение таблицы зависимости затухания из-за поглощения энергии в материале от длинны волны. 
2.2 Моделирование и построение графика зависимости затухание из-за Релеевского рассеяния от длинны волны. 
2.3 Компьютерное моделирование и построение графика зависимости затухания от длинны волны в инфракрасной области. 
2.4 Моделирование и построение графика зависимости затуханий из-за различия числовых апертур. 
2.5 Расчет затухания из-за различия диаметров сердцевины оптического волокна. 
2.6 Компьютерное моделирование затухания из-за углового смешения сердцевины оптического волокна. 
2.7 Моделирование затуханий из-за осевого смещения оптических волокон. 
2.8 Расчет затуханий из-за радиального смешения оптических волокон. 
2.9 Компьютерное моделирование затуханий на микроизгибах оптического волокна. 
2.10 Моделирование затуханий на макроизгибах градиентного оптического волокна.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ  СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ  И МОДЕЛИРОВАНИЯ

В общем виде затухание оптического сигнала  определяется соотношением:

, [дБ],(1)

где - вносимое затухание, зависимое от длины волны ; 
- мощности оптического сигнала соответственно на выходе и входе оптического волокна (или его отрезка), выраженные в Вт, mВт или mВт. 
Собственные затухания поглощения в оптическом волокне вычисляются по формуле:

(2)

где - n₁ показатель преломления материала сердцевины; 
- тангенс угла диэлектрических потерь; 
- длина волны, км. 
Суммарные потери на Рэлеевское рассеяние зависят от длины волны волны по закону -4 и количественно могут быть оценены по формуле

, дБ/км, (4)

где с и k – постоянные коэффициенты (для кварца k=(0,7 0,9)10^-6 м., с=0,9).

Потери мощности оптического  сигнала из-за различия числовых апертур  соединяемых ОВ происходят в том  случае, если числовая апертура передающего  ОВ больше числовой апертуры принимающего. Эти потери вычисляются по следующей  формуле

(5)

При NA_перед<NA_приним апертурные потери не возникают. 
Когда диаметр сердцевины передающего ОВ больше диаметра сердцевины принимающего, имеют место потери, так как часть оптической мощности распро-страняется в оболочке принимающего ОВ. Эти потери определяются по формуле:

(6)

При D_перед. < D_приним. потери не возникают. 
Потери при угловом , радиальном L и осевом S смещениях определяются со-ответственно формулами

(7)

(8)

(9)

NA – апертура волокна; 
D – диаметр светонесущей части волокна; 
L – радиальное смещение; 
S – осевое смещение; 
n₀ – показатель преломления среды, заполняющей пространство стыка. 
Дополнительные потери из-за микроизгибов a _микро. обусловлены связью мод в местах деформаций ОВ, зависят от статистики этих хаотически распределенных де-формаций по длине ОВ и оцениваются по формуле, дБ,

(10)

где h — высота (радиус) микроизгиба; а — радиус сердцевины ОВ; 2b —  диа-метр ОВ по оболочке; N — число  микроизгибов. Для расчетов принимаем N =1 
Оценить дополнительные потери за счет макроизгибов градиентного волокна можно по формуле

 
(11)

 

 

Задача  №1

Вычислить собственное  затухание оптического волокна  из-за поглощения энергии в материале  при следующих исходных данных:n₁=1,4675

(2)

 

Рис. 1  Семейство  кривых зависимостей собственных затуханий  из-за поглощения от длинны волны.

 

Вывод: согласно графика видно, чем меньше длина  волны, тем больше собственное затухание  оптического волокна, так же существенно зависит от свойств материала оптического волокна tg(δ)

Задача  №2

Вычислить собственное  затухание оптического волокна  из-за Релеевского рассеяния в  материале при следующих исходных данных:К_р=0,8 [мкм⁴хдБ/км]

, дБ/км, (4)

Рис. 2  Кривая зависимости собственных затуханий  из-за Релеевского затухания от длинны волны.

Вывод: На затухание  из-за Релеевского рассеяния зависят  от:

- показателя  преломления сердцевины, температуры затвердевания стекла, коэффициента сжижаемости стекла.

- с ростом  длины волны снижается.

 

Задача  №3

Вычислить собственное  затухание оптического волокна  в инфра-красном диапазоне при  следующих исходных данных:С=0,9 дБ/км

, дБ/км (3)

где с и k – постоянные коэффициенты (для кварца k=(0,7 0,9)10^-6 м., с=0,9).

Рис. 3  Кривые зависимости собственных затуханий  в инфракрасном диапазоне от длинны волны.

Вывод: Потери в  инфракрасной области растут с ростом длины волны.

Задача  №4

Вычислить дополнительное затухание оптического волокна из-за различия числовых апертур соединяемых ОВ при следующих исходных данных:NA_перед = 0,20

(5)

Рис. 4  Зависимость дополнительных затуханий от различия числовых апертур.

Вывод: При    апертурные потери не возникают.

Задача  №5

Вычислить дополнительное затухание оптического волокна  из-за различия диаметров сердцевин  соединяемых ОВ при следующих исходных данных:D_перед = 10 мкм

(6)

Рис. 5  Зависимости  дополнительных затуханий от различия апертур.

Вывод: При    происходят потери на соединении из-за разницы диаметров и при увеличении этой разницы происходит рост потерь.

Задача  №6

Вычислить дополнительное затухание оптического волокна  из-за углового смещения соединяемых  ОВ при следующих исходных данных:

(7)

Рис. 6  Зависимости  дополнительных затуханий от углового смещения соединяемых ОВ

Вывод: На потери из-за углового смещения влияет числовая апертура световода (чем больше NA, тем меньше вносимые затухания) и от угла отклонения от оси (чем больше угол, тем больше вносимое затухание).

Задача  №7

Вычислить дополнительное затухание оптического волокна  из-за радиального смещения соединяемых ОВ при следующих исходных данных:

(8)

Рис. 7  Зависимости  дополнительных затуханий от радиального  смещения соединяемых ОВ

Вывод: Потери из-за радиального смещения зависят от величины смещения (чем больше смещение, тем больше вносимые потери) и от величины диаметра сердцевины (чем больше диаметр, тем меньше вносимые затухания при радиальном смещении).

Задача  №8

Вычислить дополнительное затухание оптического волокна из-за осевого смещения соединяемых ОВ при следующих исходных данных:D = 10 мкм

(9)

Где, n₀ =1 – показатель преломления среды, заполняющей пространство стыка.

Рис. 8  Зависимости  дополнительных затуханий от осевого  смещения соединяемых ОВ.

Вывод: С ростом осевого смещения растет вносимое затухание  при прочих равных условиях (диаметр  сердцевины, числовая апертура, коэффициента преломления среды, заполняющей пространство стыка).

Задача  №9

Вычислить дополнительное затухание оптического волокна  из-за микроизгибов при следующих  исходных данных:2b = 125 мкм; N=1

(10)

где h — высота (радиус) микроизгиба; а — радиус сердцевины ОВ; 2b — диа-метр ОВ по оболочке; N — число микроизгибов. Для расчетов принимаем N =1

Рис. 9   Зависимости  дополнительных затуханий от радиуса микроизгибов.

Вывод: Потери, возникающие на микроизгибах ростом высоты микроизгиба увеличиваются  при прочих равных условиях (радиус сердцевины, диаметр ОВ по оболочке, нормированной разности показателей  преломления и числа микроизгибов).

Задача  №10

Вычислить дополнительное затухание градиентного оптического  волокна из-за макроизгибов при следующих  исходных данных:n₁ = 1,4675n₂ = 1,4665U=2

(11)

Рис. 11  Зависимости  дополнительных затуханий от радиуса  макроизгибов.

Вывод: Потери на макроизгибах с ростом радиуса изгиба уменьшаются, с ростом длины волны  возрастают.