Ослабление сигнала

Под ослаблением (attenuation) сигнала понимается уменьшение мощности сигнала в процессе его передачи. Ослабление является естественным следствием передачи сигнала на большие расстояния. Оно вызывается внешними факторами, включая нагрузки при изготовлении, факторами окружающей среды и физическим изгибом. Ослабление вызывается также внутренними факторами, в первую очередь рассеяни­ем света и его поглощением. Наиболее общей формой рассеяния света является рас­сеяние Рэлея (Rayleigh), которое вызывается небольшими изменениями плотности стекла при его охлаждении. Рассеяние проявляется в большей степени для относи­тельно коротких волн и ограничивает использование длин волн меньших 800 нм. Ослабление вызывается внутренними свойствами материала. Оно может также вы­зываться посторонними примесями в стекле и его дефектами. Эти примеси погло­щают оптическую энергию, отчего свет теряет яркость. В то время как рассеяние Рэлея в большей степени проявляется для более коротких волн, внутреннее поглоще­ние вызывает проблемы для более длинных волн.

Ниже приведены два основных фактора, влияющие на степень ослабления сиг­нала в оптоволоконных кабелях:

• длина кабеля;

• длина волны светового луча.

На рис. 17.18 показаны зависимости потери уровня сигнала в децибелах на кило­метр (dB/км) от длины волны светового луча, вызываемой рассеянием Рэлея, внут­ренним поглощением и общее ослабление, вызываемое всеми причинами. На осно­ве этих зависимостей в качестве рабочих длин волн были выбраны значения 1310 и 1550 нм. Значение 1550 нм предпочтительнее при передаче сигнала на очень боль­шие расстояния, поскольку при такой длине волны имеет место наименьший уро­вень ослабления сигнала.

Оптические фильтры

Оптические фильтры используются для выделения отдельных длин волн (также называемых лямбдами).

Волоконные решетки Брэгга представляют собой спектральные фильтры, кото­рые отражают свет в узком диапазоне длин волн, а все остальные длины волн про­пускают. Использование решеток Брэгга не требует больших затрат, поскольку они наносятся непосредственно в стандартном одномодовом кабеле. Преимуществом этих решеток является то, что они выделяют из общего потока чрезвычайно узкий диапазон. Однако при их использовании трудно контролировать форму фильтра.

Основой диэлектрического фильтра является полупроводник, на который нане­сены чередующиеся диэлектрические слои с толщиной, равной четверти длины вол­ны. Диэлектрические фильтры пропускают одну или несколько длин волн и отра­жают другие. В отличие от решеток Брэгга в диэлектрических фильтрах форма фильтра легко контролируется. Оптические фильтры используются в оптических мультиплексорах (Optical Add Drop Multiplexer— OADM) для отфильтровывания какого-либо канала путем отражения его сигнала (рис. 17.20).

Оптические усилители

Оптические усилители (Optical Amplifier — ОА) представляют собой устройства, кото­рые усиливают входной оптический сигнал с частотой в несколько терагерц (terahertz — THi) и длиной волны около 1550 нм, который близок к идеальному по уровню шумов, низкому уровню искажений, перекрестных помех и позволяет обеспечить большую вы­ходную мощность. Такие усилители просты и эффективны (рис. 17.21).

По мере перемещения по кабелю качество оптического импульса ухудшается. Для предотвращения такого ухудшения используются электрические регенераторы, которые выполняют три функции: восстанавливают уровень сигнала, форму им­пульса и его временную синхронизацию. Электрические регенераторы имеют не­большую стоимость, но вносят задержку и зависят от обрабатываемого канала.

В отличие от электрических регенераторов оптические усилители EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier) не конвертируют оптический сигнал в электрический перед его усилением. Устройства EDFA состоят из следующих четырех компонентов:

кабель с примесью эрбия;

• оптическая накачка;

• соединитель;

• изолятор.

Весь маршрут движения сигнала в устройстве EDFA имеет пассивный характер. Единственной активной частью является лазер накачки. При использовании EDFA оптоволоконный кабель пропитывается эрбием, который представляет собой редко­земельный элемент, способный усиливать свет с длиной волны около 1550 нм при накачке внешним лазером (рис. 17.22).