ВОЛС-Федоров / Расчет параметров ВОЛС - Лаба
.rtfВведение
Совершенно очевидно, что научно-технический прогресс во многом определяется скоростью и объемом передаваемой информации. Возможности резкого увеличения потока информации наиболее полно реализуются при использовании цифровых систем передачи и оптических кабелей вместо традиционных, с металлическими проводниками. При этом наряду с экономией дефицитных металлов (например, меди) обеспечиваются качественные улучшения в трактах передачи информации: широкополостность, помехозащищенность, большие длины трансляционных участков и др.
В настоящее время в связи все интенсивнее используется оптический диапазон электромагнитных волн. Для этого применяются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), которые предназначены для передачи информации при помощи оптического излучения. ВОЛС представляет собой световод, распространение световой волны в котором происходит за счет явления полного внутреннего отражения. Эти линии связи позволяют передавать большие объемы информации и обладают потенциально низкой стоимостью. С 1992 года в России идет строительство Транссибирской оптической линии Европа-Япония, часть которой уже введена в эксплуатацию. С 1997 года идет строительство ВОЛС Сочи-Москва для связи на железной дороге.
Кроме связи оптоэлектроника широко используется в радиолокации, аналоговой обработке сигналов, в приборостроении, медицине. В системах обработки информации, и в ближайшем будущем успехи интегральной оптики позволят создать оптоэлектронные цифровые вычислительные системы, для которых уже получена оптическая память большой емкости и быстродействия.
Стремление использовать оптические сигналы для передачи и обработки информации объясняется следующими причинами:
-
Частота оптических колебаний (10131015 Гц) на 35 порядков выше освоенной частоты радиодиапазона, что позволяет во столько же раз расширить полосу частот, т.е. информационную емкость канала и уменьшить поперечные размеры линий передач;
-
Передача информации осуществляется электрически нейтральными фотонами, не взаимодействующими друг с другом и с внешними электрическими и магнитными полями. Это обуславливает высокую помехозащищенность канала связи, исключает взаимные наводки и паразитные связи между его элементами;
-
Высокая направленность когерентного оптического излучения позволяет резко уменьшить размеры излучающей апертуры;
-
Когерентный световой луч можно сфокусировать на площадку, размеры которой соизмеримы с длинной волны, что позволяет повысить плотность записи информации (до величины 108 бит/см2) в оптических запоминающих устройствах;
-
Когерентный световой луч, несущий информацию, можно обрабатывать с помощью аналоговых оптических вычислительных устройств, состоящих из линз, зеркал, дифракционных решеток и других элементов, позволяющих реализовать данный алгоритм. В частности, весьма быстро и четко выполняются такие операции, как интегрирование, дифференцирование, свертка, умножение и др. (скорость обработки до 1012 бит/с).
В данной работе требуется рассчитать все параметры ВОЛС по известным параметрам волокна, источника излучения и приемника. К параметрам ВОЛС относятся: полный коэффициент поглощения, полная дисперсия, максимальная длина участка регенерации, число участков регенерации, КПД ввода и вывода и др.
1. Расчет параметров ВОЛС
1.1 Расчет дисперсионных параметров
Числовая апертура характеризует эффективность ввода света в волокно от диффузионного источника с диаграммой направленности .
где .
Количество мод, которые могут распространяться в ВОЛС
,
где - нормализованная постоянная распространения, тогда
Количество групп мод
.
Под межмодовой дисперсией (нс/км) понимается задержка во времени прохода разных мод на единицу длины линии, так как каждая мода распространяется под своим углом.
,
где с - скорость света.
Материальная дисперсия определяется дисперсией материала волокна.
.
Полная дисперсия приближенно вычисляется как среднеквадратическая величина.
.
Так как преобладает межмодовая дисперсия, то информационная емкость ВОЛС (МГц/км)
.
Длина участка регенерации, ограничиваемая дисперсией (считаем, что 1МГц 1Мбит/с)
.
1.2 Расчет параметров ввода-вывода
.
Параметры источника:
,
,
.
Эффективная апертура излучателя:
Параметры приемника:
,
,
.
Эффективная апертура приемника
КПД ввода
КПД вывода
1.3 Расчет коэффициента поглощения
[Дб/км],
В качестве материала сердцевины используется стекло, эмпирический коэффициент которого равен , тогда
.
Полный коэффициент поглощения
.
1.4 Расчет энергетического потенциала ВОЛС
Спектральный энергетический потенциал [Мбит/с]
.
Интегральный энергетический потенциал
.
Перейдем к децибелам
.
1.5 Расчет длины участка регенерации и их количества
Длина участка регенерации, ограниченная поглощением
.
Сравниваем длину участка, ограниченную поглощением и длину участка, ограниченную дисперсией и выбираем наименьшее - это и будет максимальная длина участка регенерации.
Количество участков регенерации
.