УДК 621.391.6

ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ПО ОПТИЧЕСКОМУ ВОЛОКНУ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Толмачева Алина Ивановна1, Яхункина Анна Александровна2, Самаркин Денис Сергеевич3
1Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, студент 4 курса Института военного образования
2Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, студент 4 курса Института военного образования
3Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, старший преподаватель Института военного образования

Аннотация
Данная статья посвящена изучению волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). В настоящее время ВОЛС широко внедряются на всех участках сетей связи. ВОЛС дает возможность передавать потоки информации со скоростью 100 Тбит/с, имеет малое затухание сигналов, что позволяет строить участки оптических систем в сто и более километров без ретрансляторов, имеет высокую помехозащищенность и многое другое. Существует большое количество разных по классификации световодов, поэтому необходимо изучать принцип распространения света через оптическое волокно, совершенствовать его технические характеристики и параметры, улучшать качество передачи сигнала.

Ключевые слова: волоконно-оптическая линия связи, дисперсия оптического волокна, затухание оптического волокна, коэффициент оптического волокна, оптический волновод, оптический кабель, Оптическое волокно, световод, скорость распространения света в оптическом волокне


PRINCIPLES OF SIGNAL TRANSMISSION BY OPTICAL FIBER AND MAIN PARAMETERS OF OPTICAL FIBERS

Tolmacheva Alina Ivanovna1, Yakhunkina Anna Alexandrovna2, Samarkin Denis Sergeevich3
1Saint-Petersburg State University of Telecommunications named after Professor M.A. Bonch-Bruevich, student 4 courses of Institute of military education
2Saint-Petersburg State University of Telecommunications named after Professor M.A. Bonch-Bruevich, student 4 courses of Institute of military education
3Saint-Petersburg State University of Telecommunications named after Professor M.A. Bonch-Bruevich, senior lecturer at the Institute of military education

Abstract
This article is devoted to the study of fiber-optic communication lines (FOCL). Currently, the VOLS are widely implemented in all areas of communication networks. FOL makes it possible to transmit data flows with a speed of 100 Tbit/s, has a low attenuation of signals that allows to build plots of optical systems in more than a hundred kilometers without repeaters, has high noise immunity and much more. There are a large number of different classifications of optical fibers, it is therefore necessary to study the principle of light propagation through the optical fiber, to improve its technical characteristics and parameters, to improve the quality of signal transmission.

Keywords: coefficient of optical fiber dispersion optical fiber, fiber optic attenuation, fiber-optic communication line, optical cable, optical fiber, optical waveguide, speed of light propagation in optical fiber


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Толмачева А.И., Яхункина А.А., Самаркин Д.С. Принципы передачи сигналов по оптическому волокну и основные параметры оптических волокон // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/11/74880 (дата обращения: 03.06.2017).

В последнее время все большее распространение в области передачи информации получили волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). В основе применения волоконно-оптических сетей лежит принцип распространения света через оптическое волокно (ОВ) на большие расстояния. При этом электрические сигналы, несущие информацию, преобразуются в световые импульсы, которые с минимальными искажениями передаются по ВОЛС. ВОЛС обладает ряд преимуществ, к основным из которых следует отнести широкую полосу пропускания, обусловленную высокой несущей частотой – до 1014 Гц. Такая полоса дает возможность передавать потоки информации со скоростью 100 Тбит/с. Также ВОЛС имеет такие факторы, как малое затухание сигналов, которые позволяют при использовании современных технологий, строить участки оптических систем в сто и более километров без ретрансляторов, также высокая помехозащищенность, связанная с малой восприимчивостью ОВ к электромагнитным помехам, и многое другое.
Необходимо изучать принцип распространения света через оптическое волокно и совершенствовать его технические характеристики и параметры.
Оптическое волокно – оптический волновод, выполненный в виде нити из диэлектрических материалов с покрытием.
Внешняя часть ОВ изготавливается из пластмассы, которая имеет высокую механическую прочность, высокий коэффициент преломления света. 
Основная часть ОВ состоит из сердечника и оболочки. Материалом сердцевине служит сверхчистое кварцевое стекло, что является основным способом передачи оптических сигналов.
Для передачи свет вводится под небольшим углом в торец ОВ. Максимальный угол проникновения светового импульса в сердечник волокна α0 называется угловой апертурой ОВ [2, c. 17]. Синус угловой апертуры называется числовой апертурой NA и рассчитывается по формуле:

             (1)

Из формулы, приведенной выше, следует, что числовая апертура NA ОВ, зависит только от показателей преломления сердцевины и оболочки – n1 и n2. При этом всегда выполняется условие: n1>n2.
Если угол падения света α больше, чем α0, то луч света полностью преломляется и не попадает в сердечник ОВ. Если угол α меньше, чем α0, то происходит отражение от границы материалов сердечника от оболочки, и световой луч распространяется внутри сердечника.
Скорость распространения света в ОВ зависит от показателя преломления сердечника волокна и определяется как:

             (2)

C- скорость света в вакууме, n-показатель преломления.
Показатель преломления материала ОВ, необходим источник строго когерентного света. Для увеличения дальности передачи ширина спектра передатчика должна быть как можно меньше. Для этой цели подходят лазеры, которые позволяют поддерживать постоянную разность фаз при одинаковой длине волн. В связи с тем, что диаметр сердцевины волокна сравним с длиной волны оптического излучения, в волокне возникает явление интерференции. Это может быть доказано тем, что свет распространяется в стекле сердцевины только под определенными углами, а именно в направлениях, в которых введенные световые волны при их наложении усиливаются. Возникает так называемая конструктивная интерференция. Разрешенные световые волны, которые могут распространяться в ОВ, называются модами (или собственными волнами). В соответствии с типами распространения световых лучей, ОВ делятся на многомодовые, то есть использующие ряд световых волн, и одномодовые, в которых происходит распространение только одного светового луча. Для описания процессов распространения света в ОВ используются несколько основных параметров.
К параметрам передачи ОВ относятся: коэффициент затухания, оптические возвратные потери, коэффициент обратного отражения, затухание в соединителях ОВ, дисперсия одномодового ОВ, ширина полосы пропускания многомодового ОВ.
Затухание в ОВ – это мера ослабления оптической мощности, распространяемого вдоль ОВ между двумя его поперечными сечениями на данной длине волны.
Затухание сигналов в оптическом кабеле (ОК) обусловлено собственными потерями мощности в изолированных прямолинейный ОВ и дополнительными потерями, возникающими в результате сборки ОВ в кабель [1, c. 35]. Таким образом, коэффициент затухания ОВ в кабеле определяется как

            (3)

Для определения полного коэффициента затухания ОВ должны быть учтены все факторы: потери ввода, потери поглощения, потери рассеивания, потери изгиба, потери на соединении потери вывода
Полоса пропускания волокна является одним из самых важных параметров ОВ при передачи высокоскоростных цифровых сигналов. Она во многом определяется его дисперсионными свойствами.
Так как световой импульс во время распространения по волокну искажается как по амплитуде, так и по длительности, это заметно сказывается на возможностях передачи коротких импульсов на больших битовых скоростях. На практике волокно ведет себя, как фильтр низких частот.
Наряду с коэффициентом затухания ОВ важнейшим параметром является дисперсия, которая определяет его пропускную способность для передачи информации.
Дисперсия ОВ – различие групповых скоростей различных составляющих оптического излучения.
Дисперсия определяется разность квадратов длительных импульсов на выходе и входе ОВ:

            (4)

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульсов. 
Дисперсия в общем случае определяется тремя основными факторами: различием скоростей распространения направленных мод, направляющими свойствами ОВ и параметрами материала, из которого оно изготовлено. 
В связи с этим основными причинами возникновения дисперсии являются, с одной стороны, большое число мод в ОВ (межмодовая дисперсия), а с другой стороны – некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн (хроматическая дисперсия).
ВОЛС дает возможность передавать потоки информации со скоростью 100 Тбит/с, имеет малое затухание сигналов, что позволяет строить участки оптических систем в сто и более километров без ретрансляторов, имеет высокую помехозащищенность и многое другое. Существует большое количество разных по классификации световодов, поэтому необходимо изучать принцип распространения света через оптическое волокно, совершенствовать его технические характеристики и параметры, улучшать качество передачи сигнала.


Библиографический список
  1. О.Л. Мальцева, В.А. Александров, А.С. Ревин, А.А. Марченков. Учебное пособие            (часть 1) «Оптические кабели, муфты, волокна». СПбГУТ, 2012 г. – 63 с.
  2. Е.М. Некрасова. Учебное пособие (часть 1) «Волоконно-оптические системы передачи» г. Хабаровск, ХИИК ГОУ ВПО СибГУТИ, 2007 г – 76  с.
  3. IEC 793 «Оптические волокна»,
  4. IEC 794-1 «Оптические волоконные кабели».
  5. ITU-T G 651 «Характеристики 50/125 многомодового волокна с градиентным индексом»,
  6. ITU-T G 652 «Характеристики одномодового волоконно-оптического кабеля»,
  7. ITU-T G 653 «Характеристики одномодового волоконно-оптического кабеля с дисперсионным смещением»,
  8. ITU-T G 654 «Характеристики потерь для передачи сигнала 1550 нм по одномодовому волоконно-оптическому кабелю».

 



Все статьи автора «Толмачева Алина Ивановна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: