. Расчет параметров оптического волокна

Расчет числовой апертуры:

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

                 (4.1)

где n₁ и n₂ - показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно.

Отсюда найдем значение апертурного угла:

                                 (4.2)

Значение нормированной частоты рассчитывается по формуле:

                                (4.3)

где: l - длина волны, 1,55 мкм.;    a - радиус сердцевины ОВ;

Радиус сердцевины нам не дан, но его можно найти из формулы:

n₂ = n₁*;          d_c =  = =42*10^-6, м

отсюда а = d_c/2 = 42*10^-6 / 2 = 21*10^-6м

Определим число мод:

N= ν²/4= 4,63² / 4 = 5,36 - для градиентного ОВ

N= ν²/2= 4,63² / 2 = 10,72 - для ступенчатого ОВ

Определим критическую частоту ОВ:

f кр= с / l,=3*10⁸ / 1,55*10^-6 =1,9354838 *10¹⁴ Гц;                      (4.4)

где: с - скорость света, 3*10⁸ м/с;

l - длина волны, 1,55*10^-6 м.

Определим критическую длину волны ОВ:

lкр = π·d·NA / 2.405=3,14*42*10^-6*0,054397 / 2,405= 2,984*10^-6 м; (4.5)

где: d - диаметр сердцевины ОВ, 42*10^-6м

NA - числовая апертура ОВ. 0,054397

Расчет затухания

Собственное затухание ОВ зависит от l, n_1, n₂, и рассчитывается по формулам:

a_с = a_n+a_p+a_np=1,3*10+0,1+0=0,100013 дБ/км.                                    (4.6)

где    a_n - затухание поглощения, зависит от чистоты материала и обуславливается потерями на диэлектрическую поляризацию.

= 4,34 * 3,14 * 1,48 * 10 / 1,55* = 1,3*10 дБ/км. (4.7)

tgd = 10^-11 ¸10^-12

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

 дБ/км;                                                             (4.8)

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

a_пр - затухание примеси, возникает за счет наличия в кварце ионов различных металлов и гидроксильных групп. В окне прозрачности a_пр=0, тогда a_с=a_п+a_р дБ/км.

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

кабельное затухание рассчитывается как сумма 7 составляющих: a_к=Sa_i, i=1¸7;

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

a₂ - затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления ОВ;

a₃ - затухание на микроизгибах ОВ;

a₄ - затухание вследствие нарушения прямолинейности ОВ;

a₅ - затухание вследствие кручения ОВ вокруг оси;

a₆ - затухание из-за неравномерности покрытия ОВ;

a₇ - затухание вследствие потерь в защитной оболочке.

В курсовом проекте a _к принимаем в соответствии с таблицей 5.1 МУ =0,28 дБ,/км

Расчетное суммарное затухание:

a =a_с+a_к =0,100013+0,25=0,350013 дБ/км                                 (4.9)

Расчет дисперсии

Дисперсия - рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Полная дисперсия в многомодовых ОВ рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии:

/км

Хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии:

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

t_мат=Dl×М(l)=3* - 18= -54 пс/км;

где:   М(l) - удельная дисперсия материала,(табл. 4.1);

Dl - ширина спектра источника излучения, нм (для выбранной СП Dl=3 нм).

Dl=1¸3 нм для ППЛ;  Dl=20¸40 нм для СИД.

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

t_вол=Dl×В(l)=3*12=36 пс/км; (4.12)

где: В(l) - волноводная дисперсия,

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

t_пр=Dl×П(l)=3*5,5=16,5 пс/км; (4.13)

где П(l) - удельная профильная дисперсия

для определения М(l), В(l), П(l) воспользуемся таблицей 4.1

Результирующая хроматическая дисперсия:

=3*10с/км. (4.14)

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

В многомодовых волокнах t_мод>>t_хр.

Модовую дисперсию для градиентного ОВ можно найти по формуле:

 пс/км;              (4.15)

где: NA - числовая апертура ОВ;

n₁ - показатель преломления сердцевины ОВ;

с - скорость света, км/с.

. Выбор конструкции оптического кабеля

При разработке конструкции кабеля следует учесть ряд требований:

·          Кабель должен быть надежно защищен от внешних механических воздействий;

·        При изгибе кабеля или при его растяжении в процессе прокладки оптические волокна должны оставаться неповрежденными по всему сечению кабеля;

Типы, параметры и область применения оптических кабелей связи

Кабель оптический с бронёй из круглых стальных проволок для подземной прокладки типа ОКЛК-01

Применяется для прокладки в трубах, в шахтах и тоннелях, блоках и коллекторах кабальной канализации, в грунтах всех категорий, на мостах, через болота и водные переходы.

Сертификат соответствия Госкомсвязи РФ №ОС/1-КБ-96.

Особенности

* компактный дизайн;

* стойкость к повышенным радиальным и продольным нагрузкам;

·   оптимальная защита от механического повреждения;

·   защита от повреждений грызунами;

·   высокая молниестойкость;

·   стабильная эксплуатация в грунтах повышенной сложности;

диапазон рабочей температуры: -40.

Основные характеристики

6. Расчет длины участка регенерации ВОЛП

При проектировании высокоскоростных ВОЛП должны рассчитываться отдельно длина участка регенерации по затуханию (L_a) и длина участка регенерации по широкополосности (L_в), так как причины, ограничивающие предельные значения L_a и L_в независимы.

В общем случае необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию:           L_{a макс} - максимальная проектная длина участка регенерации;

L_{a мин} - минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки величин длин участка регенерации могут быть использованы следующие выражения:

                                  (6.1)

                                                (6.2)

                          (6.3)

где:

А_макс =34дБ;        А_мин10дБ; - максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 10^-10.

a_ок дБ/км - километрическое затухание в оптических волокнах кабеля - 0,22 дБ/км

a_нс дБ/км - среднее значение затухания мощности оптического излучения на стыке между строительными длинами кабеля на участке 0,03 дБ/км.

L_стр - среднее значение строительной длины на участке регенерации -6 км;

a_рс дБ/км - затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя 0,4 дБ/км;

n - число разъемных оптических соединителей на участке регенерации 2 шт.;

 - суммарная дисперсия одномодового ОВ;

Dl (нм) - ширина спектра оптического излучения - 1 нм;

В (МГц) - широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту, для STM-1 - 155,520МГц;

М (дБ) - системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации -2дБ.

Системный запас М учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также изменение характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОЛП исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, в частности, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора. Рекомендуемый диапазон устанавливаемых значений системного запаса от 2дБ (наиболее благоприятные условия эксплуатации).

Максимальное значение перекрываемого затухания (А_макс) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника для ВОЛП на базе ЦСП ПЦИ.

А_макс = p_пер.max - p_пр.min = 0+34=34 дБ;                                             (6.4)

где    p_пер.max = (0дБ), максимальная мощность оптического излучения передатчика,

p_{пр.min =} (-34дБ), гарантированная чувствительность приемника.

Минимальное значение перекрываемого затухания (А_мин) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника для ВОЛП на базе ЦСП ПЦИ.

А_мин = p_пер.max - p_{перегр.max}=0 - (-10)=10 дБ;                                      (6.5)

где    p_пер.max = (0дБ), максимальная мощность оптического излучения передатчика,

p_{перегр.max =} (-10дБ), уровень перегрузки приемника.

В курсовом проекте принять n=2; а_рс и а_нс в соответствии с таблицей 6.1

Параметры оптических волокон и кабелей в выражениях (6.1) (6.2) и (6.3) приведены в технических характеристиках на поставляемый оптический кабель (a_ок, s)

Критерием окончательного выбора аппаратуры или кабеля является выполнение соотношения: L_В> L_{a макс} (2,5*10>134) с учетом требуемой способности ВОЛП (В) на перспективу развития.

После расчетов привести схему размещения регенераторов с указанием расстояния между ними и способы организации питания НРП.