ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
Введение
Волоконно- оптические системы передачи являются перспективными
средствами связи, которые повышают качество и эффективность передачи
информации различного вида. Интерес к волоконно- оптическим системам
передачи вызван следующими их основными свойствами: широкополосностью
и, следовательно, высокой пропускной способностью , малым затуханием ,
высокой защищенностью от внешних электромагнитных полей .
Иногда задают вопрос : нужна ли радиосвязь, если появилась оптическая?
И та, и другая используют несущее излучение, в одном случае радиодиапазона,
в другом – оптического, модулируемое сигналами. Чтобы установить
соотношение между этими видами связи , рассмотрим обычно используемый
узкополосный сигнал. Выберем для сравнения отношение между шириной
полосы частот и несущей частотой ∼ 0,01. Очевидно, что чем выше несущая
частота, тем шире информационный спектр и большее количество информации
можно передать. Если взять длину волны 1 см , то частота составит 3×10
10
Гц, а
максимальная полоса частот передаваемых сигналов – 300 Мгц . В случае
волоконно- оптической связи обычно передача информации идет на волне
вблизи 1 мкм , частота составляет 3×10
14
Гц и максимальная полоса
передаваемых сигналов , которая, по существу, определяет количество
передаваемой информации, - 3×10
6
Мгц , то есть достигается выигрыш по
сравнению с радиодиапазоном по крайней мере в 10 тыс. раз .
Эти рассуждения справедливы для одной несущей частоты . Однако
информацию можно передавать на нескольких несущих , и тогда важны полосы
частот всего оптического и всего радиодиапазона. Ширина последнего около 30
Ггц . Область же максимальной прозрачности волоконных световодов (не вся
полоса!) – 30×10
3
Ггц , то есть на три порядка больше.
Цель данной работы – изучение механизма распространения излучения
по световоду, типов волокон и распространения излучения в каждом типе
волокна. Рассматриваются материалы для волоконно- оптических линий связи и
спектральные потери в волноводах .
Распространение оптических волн в веществе
Функционирование всех систем волоконной оптики основано на
фундаментальных законах распространения света в материальных средах .
Рассмотрим основные физические закономерности, определяющие передачу
информации с помощью оптических волн . Воспользуемся уравнениями
Максвелла для случая распространения электромагнитных волн в
непроводящем и свободном от зарядов диэлектрике:
t
B
Erot
∂
∂
=
r
r
- ;
t
D
Hrot
∂
∂
=
r
r
; (1)
0
=
D
div
r
;
0
=
B
div
r
(2)
3
В ве де ни е
В олоконно-оп тические системы п еред ачи яв ляю тся п ерсп ектив ны ми
сред ств ами св язи, которы е п ов ы ш аю т качеств о и эффектив ность п еред ачи
информации различног о в ид а. И нтерес к в олоконно-оп тическим системам
п еред ачи в ы зв ан след ую щ ими их основ ны ми св ой ств ами: ш ирокоп олосностью
и, след ов ательно, в ы сокой п роп ускной сп особностью , малы м затух анием,
в ы сокой защ ищ енностью отв неш них электромаг нитны х п олей .
И ног д азад аю тв оп рос: нужнали рад иосв язь, если п ояв иласьоп тическая?
И та, и д руг ая исп ользую тнесущ ее излучение, в од ном случае рад иод иап азона,
в д руг ом – оп тическог о, мод улируемое сиг налами. Ч тобы установ ить
соотнош ение межд у этими в ид ами св язи, рассмотрим обы чно исп ользуемы й
узкоп олосны й сиг нал. В ы берем д ля срав нения отнош ение межд у ш ириной
п олосы частот и несущ ей частотой ∼ 0,01. О чев ид но, чточем в ы ш е несущ ая
частота, тем ш ире информационны й сп ектр и больш ее количеств оинформации
можноп еред ать. Е сли в зятьд линув олны 1 см, точастотасостав ит3×1010 Гц, а
максимальная п олоса частот п еред ав аемы х сиг налов – 300 М г ц. В случае
в олоконно-оп тической св язи обы чно п еред ача информации ид ет на в олне
в близи 1 мкм, частота состав ляет 3×1014 Гц и максимальная п олоса
п еред ав аемы х сиг налов , которая, п о сущ еств у, оп ред еляет количеств о
п еред ав аемой информации, - 3×106 М г ц, то есть д остиг ается в ы игры ш п о
срав нению срад иод иап азоном п окрай ней мере в 10 ты с. раз.
Э ти рассужд ения сп рав ед лив ы д ля од ной несущ ей частоты . О д нако
информацию можноп еред ав атьнанескольких несущ их , и тог д ав ажны п олосы
частотв сег ооп тическог ои в сег орад иод иап азона. Ш иринап ослед нег ооколо30
Гг ц. О бласть же максимальной п розрачности в олоконны х св етов од ов (не в ся
п олоса!) –30×103 Гг ц, тоестьнатри п оряд кабольш е.
Ц ель д анной работы – изучение мех анизма расп ространения излучения
п о св етов од у, тип ов в олокон и расп ространения излучения в кажд ом тип е
в олокна. Рассматрив аю тся материалы д ля в олоконно-оп тических линий св язи и
сп ектральны е п отери в в олнов од ах .
Распростране ни е опти че ск и х волн в ве ще стве
Ф ункциониров ание в сех систем в олоконной оп тики основ ано на
фунд аментальны х законах расп ространения св ета в материальны х сред ах .
Рассмотрим основ ны е физические закономерности, оп ред еляю щ ие п еред ачу
информации с п омощ ью оп тических в олн. В осп ользуемся урав нениями
М аксв елла д ля случая расп ространения электромаг нитны х в олн в
неп ров од ящ ем и св обод ном отrзаряд ов д иэлектрике:r
r ∂B r ∂D
rot E = - ; rotH = ; (1)
∂t ∂t
r r
divD = 0 ; divB = 0 (2)
