Рефераты. Волоконно-оптические линии связи

Волоконно-оптические линии связи

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ 2

СТРУКТУРА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА 3

УСТРОЙСТВО СВЕТОВОДА.. 3

ОДНОМОДОВОЕ И МНОГОМОДОВОЕ ВОЛОКНА.. 3

РЕЖИМЫ ПРОХОЖДЕНИЯ ЛУЧА.. 4

МОЩНОСТЬ И ПОТЕРИ СИГНАЛА.. 5

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ. 6

ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ.. 7

ТОПОЛОГИЯ СОЕДИНЕНИЙ 9

ОПТОВОЛОКОННЫЕ КАБЕЛИ 11

ОПТИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ 14

НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ.. 14

РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ.. 14

ТИПЫ КОННЕКТОРОВ.. 15

РОЗЕТКИ, АДАПТЕРЫ, АТТЕНЮАТОРЫ... 16

СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИ 18

МОНТАЖ 19

ИНСТРУМЕНТЫ, РАСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРИБОРЫ... 19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21

ДОСТОИНСТВА.. 21

НЕДОСТАТКИ.. 22

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 24

ВВЕДЕНИЕ


Хотя и существуют сети, которые для передачи данных применяют радиопередачу и другие виды беспроводных технологий, но подавляющее большинство ЛВС в качестве передающей среды используют кабель. Чаще всего это кабель с медной жилой для переноса электрических сигналов, но оптоволоконный кабель со стеклянным сердечником, по которому передаются световые импульсы, начинает приобретать все большую популярность. В силу того, что оптоволоконный кабель использует свет (фотоны) вместо электричества, почти все проблемы, присущие медному кабелю, такие как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются.

Передача информации по оптическим линиям связи имеет всего лишь 50-лет­нюю, но весьма бурную историю. В основе оптической передачи лежит эффект полного внутреннего отражения луча, падающего на границу двух сред с различ­ными показателями преломления. Световод представляет собой тонкий двух­слойный стеклянный стержень, у которого показатель преломления внутреннего слоя больше, чем наружного. Световод, управляемый источник света и фотодетектор образуют канал оптической передачи информа­ции, протяженность которого может достигать десятков километров. Световоды пропускают свет с длиной волны 0,4-3 мкм (400-3000 нм), но пока практически используется только диапазон 600-1600 нм (часть видимого спектра и инфрак­расного диапазона). История оптоволоконной передачи началась с коротковол­новых (около 800 нм) систем. По мере совершенствования технологий производ­ства излучателей и приемников уходят в сторону более длинных волн — через 1300 и 1500 к 2800 нм, передача которых может быть эффективнее. Высокая час­тота электромагнитных колебаний этого диапазона (1013-1014 Гц) дает потенциа­льную возможность достижения скорости передачи информации вплоть до терабит в секунду. Реально достижимый предел скорости определяется сущест­вующими источниками и приемниками сигналов — в настоящее время освоены скорости до нескольких гигабит в секунду.


СТРУКТУРА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА

 

УСТРОЙСТВО СВЕТОВОДА

Устройство световода иллюстрирует рис. 1. Внутренняя часть световода называется сердцевиной (иногда переводят как “ядро”), которая представляет собой нить из стекла или пластика, внешняя – оптической оболочкой волокна, или просто оболочкой (cladding) являющаяся специальным по­крытием сердцевины, отражающим свет от ее краев к центру.

В зависимости от траектории распространения света различают одномодовое и многомодовое волокно. Многомодовое (многочастотное) волокно (MMF – Multi Mode Fiber) имеет довольно большой диаметр сердцевины - 50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125 мкм или 100 мкм пои оболочке 140 мкм. Одномодовое (одночастотное) волокно (SMF – Single Mode Fiber) имеет диаметр сердцевины 8 или 9,5 мкм при том же диаметре оболочки. Снаружи оболочка имеет пластиковое защитное покрытие (coating) толщиной 60 мкм, называемое также защитной оболочкой. Световод (сердцевина в оболочке) с защитным покрытием назы­вается оптическим волокном.

Рис. 1    Оптоволокно в буфере: а – одномодовое, б – многомодовое

                1 – сердцевина

                2 – оптическая оболочка

                3 – защитное покрытие

                4 – буфер (необязательный)

 












Оптоволокно в первую очередь характеризуется диаметрами сердцевины и оболочки, эти размеры в микрометрах записываются через дробь: 50/125, 62,5/125, 100/140, 8/125, 9,5/125 мкм. Наружный диаметр волокна (с покрытием) тоже стандартизован, в телекоммуникациях в основном используются волокна с диаметром 250 мкм. Применяются также и волокна с буферным покрытием или просто буфером (buffer), диаметром 900 мкм, нане­сенным на первичное 250-мкм покрытие.

ОДНОМОДОВОЕ И МНОГОМОДОВОЕ ВОЛОКНА

Как уже отмечалось, существует два типа оптоволоконного кабеля: одномодовый и многомодовый. Основное отличие между ними заключается в толщине сердечника и оболочки. Одномодовый световод обычно имеет толщину порядка 8/125 микрон, а многомодовое волокно 50/125 микрон. Эти значения соответствуют диаметру сердечника и диаметру вместе взятых: сердечника и оболочки.

Световой луч, распространяющийся по сравнительно тонкому сердечнику одномодового кабеля, отражается от оболочки не так часто, как это происходит в более толстом сердечнике многомодового кабеля. Для передачи данных в последнем применяется полихромный (многочастотный) свет, а в одномодовом используется свет только одной частоты (монохромное излучение), отсюда они и получили свои названия. Сигнал, передаваемый одномодовым кабелем, генерируется с помощью лазера, и представляет собой волну, естественно, одной длины, в то время как многомодовые сигналы, генерируемые светодиодом (LED – Light Emitted Diode), переносят волны различной длины. В одномодовом кабеле затухания сигнала (потери мощности сигнала) практически исключены. Это и ряд выше перечисленных качеств позволяют одномодовому кабелю функционировать с большей пропускной способностью по сравнению с многомодовым кабелем и преодолевать расстояния в 50 раз длиннее.

С другой стороны, одномодовый кабель намного дороже и имеет сравнительно большой радиус изгиба по сравнению с многомодовым оптическим кабелем, что делает работу с ним неудобной. Большинство оптоволоконных сетей используют многомодовый кабель, который хотя и уступает по производительности одномодовому кабелю, но зато значительно эффективней, чем медный. Телефонные компании и кабельное телевидение, тем не менее, стремятся применять одномодовый кабель, так как он может передавать большее количество данных и на более длинные дистанции.


РЕЖИМЫ ПРОХОЖДЕНИЯ ЛУЧА

Распространение света в волокне иллюстрирует рис. 2. Для того чтобы луч распространялся вдоль световода, он должен входить в него под углом не более критического относительно оси волокна, то есть попадать в воображаемый входной конус. Синус этого критического угла называется числовой апертурой световода NA.





Рис. 2    Ввод света в оптоволокно

                1 – входной косинус

                2 – осевая мода

                3 – мода низкого порядка

                4 – мода высокого порядка

                5 – критический угол

                              

 




В многомодовом волокне показатели преломления сердцевины  и оболочки  различаются всего на 1-1,5 % (например, 1,515:1,50) При этом апертура  NA – 0,2-0,3, и угол, под которым луч может войти в световод, не превышает 12-18° от оси. В одномодовом же волокне показатели преломления различаются еще меньше (1,505:1,50), апертура NA –  0,122 и угол не превышает 7° от оси. Чем больше апертура, тем легче ввести луч в волокно, но при этом увеличи­вается  модовая дисперсия и сужается полоса пропускания.

Числовая апертура характеризует все компоненты оптического канала — световоды, источ­ники и приемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры со­единяемых элементов должны быть согласованными друг с другом.

Строго говоря, распространение сигнала в оптоволокне описывается  уравне­ниями Максвелла. В большинстве случаев можно пользоваться при­ближением геометрической оптики. Если рассматривать распространение сигна­ла с позиций геометрической оптики, то световые лучи, входящие под различны­ми углами, будут распространяться по различным траекториям (рис. 3). Более высоким модам соответствуют лучи, входящие под большим углом,  они будут иметь большее число внутренних отражений по пути в световоде и будут прохо­дить более длинный путь. Число мод для конкретного световода зависит от его конструкции: показателей преломления и диаметров сердцевины и оболочки, а также и длины волны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3    Распространение волн в световодах: а – одномодовом, б – многомодовом со ступенчатым профилем, в – многомодовом с градиентным профилем

                1 – профиль показателя преломления

                2 – входной импульс

                3 – выходной импульс     

                              

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.