Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [ 35 ] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

лена путем измерения мощности Ф, переданной волокном полной длине li, и сравнения ее с мощностью Ф, измеренной на выходе волокна, укороченного приблизительно на 5 м (fj). Такой способ измерения устраняет некоторые эффекты, обусловленные связью фотодетектора с волокном и вводом в него излучения. В этом случае величина потерь будет равна (если li и 1 измерены в километрах):

= -J Ig (Ф,/Ф,) = JilSJIi,

[дБ/км] iU-li) Ui - k)

(4.4.1)

где Vi а Kg - напряжения на выходе усилителя, включенного после детектора. Здесь предполагается, что детектор раб<этает в линейном режиме. Чтобы обеспечить измерение в широком динамическом диапазоне, при втором измерении лучше использовать калиброванный аттенюатор. В качестве источника излучения можно использовать светодиод или лазер, работающие на интересующей нас длине волны. С другой стороны, можно использовать и широкополосные источники излучения, такие как галогенная лампа накаливания или ксеноновая дуговая лампа в соединении с монохроматором или рядом интерференционных фильтров для обеспечения перекрытия требуемого диапазона длин волн. На длинах волн короче 1 мкм в качестве фотодетектора могут быть использованы кремниевый фотодиод или даже фотоумножитель. На более длинных волнах следует применять германиевые фотодиоды и охлаждаемые фотодиоды из антимонида индия или другие полупроводниковые фотодетекторы, описываемые в гл. 12.

Чтобы определить дисперсию волокна, необходимо обеспечить модуляцию выходной мощности источника излучения. При измерениях

Внешний модулятор или прерыватель лучна (затвор) \

Калидрванныа аттенюатор

Регулируемая апертура

Разделитель пучна

Источник

Оптического

излучения


Фильтр или. монохроматар

Фотодетектор дпорноео канала

Устройство для подавления мод

J в ар ное ила разъемное соединение волокон Исследуемое оптическое волокно

I Фотодетентор

Рис. 4.11. Схема лабораторной установки длн измерения характеристик ского волокна

оптиче-



дисперсии на рабочих длинах волн для этой цели можно использовать прямой метод модуляции светодиода или полупроводникового лазера. Обычно выбирают импульсную модуляцию и в этом случае общую дисперсию можно оценить по зависимости уширения оптического импульса от длины волокна. Это метод измерения дисперсии по «временной области». С другой стороны, для обеспечения прямого измерения ширины полосы пропускания волокна можно использовать модулятор в виде генератора качающейся частоты.

Метод «челночных импульсов» представляет собой модифцирован-ный импульсный метод, который использовался для изучения распространения света в весьма коротких волокнах (менее 1 км). В этом случае на каждом конце волокна помещают полупрозрачные зеркала, благодаря чему после многократных отражений световые импульсы можно наблюдать на любом из них.

Метод «задержанных импульсов» дает возможность наблюдать материальную дисперсию отдельно от других ее видов. В данном случае измеряется зависимость общего времени задержки t от длины волны при заданной длине волокна. Поскольку задержка, обусловленная межмодовой дисперсией, не зависит от длины волны (что может быть проконтролировано путем наблюдения за формой импульса, которая не должна изменяться при переходе с одной длины волны на другую), изменение t оказывается прямым следствием зависимости группового показателя преломления от длины волны:

t(X)= N (X) 1/с. (2.2.40)

Наклон кривой, отображающей зависимость t от к, непосредственно характеризует величину материальной дисперсии

/1о[1-2Д (л/а)«)/2 при л<а,

" /1,[1-2Д]/2 = Пе при г>«. (2.2.41)

Самым распространенным источником излучения, используемым для проведения точных измерений, является импульсный лазер, достаточно мощный, чтобы создавать нелинейные эффекты в соответствующей среде. Используя нелинейные эффекты можно получить короткие импульсы, занимающие определенный диапазон длин волн. С помощью монохроматора из него можно выделить требуемую узкую полосу длин волн, а если потребуется, можно осуществить дополнительную модуляцию, используя для этого внешний модулятор света. Обычно использовали лазеры на красителях и неодимовые лазеры. Одной из возможных нелинейных сред может служить одномодовое волокно. Будучи возбужденным импульсами мощностью около 1 кВт на длине волны 1,06 мкм, излучаемыми лазером с модулированной добротностью или лазером на иттриево-алюминиевом гранате с неодимом, работающим в

Этот метод описай в книге Дж. Э. Мидвиитер. Волоконные световоды для передачи ниформации. - М.: Радно и связь, 1983. - С. 192. - Прим. перев.



режиме синхронизации мод, оно работает как широкополосный источник, излучающий в диапазоне 1,1,... 1,6 мкм. Другой широкополосный источник можно получить с помощью оптического параметрического усилителя на ниобате лития. Для возбуждения усилителя использовались как лазеры на красителях, так и неодимовые лазеры, при этом генерировалось излучение, перекрывающее диапазон 0,56 ... 3,5 мкм.

Необходимо подчеркнуть, что описанные методы современны или хорошо разработаны, однако имеют место некоторые необъяснимые пока расхождения между результатами измерений, выполненных непосредственно на волокне, и на объемном образце из того же материала.

4.S. СРАВНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОННЫХ ЛИНИЙ

С ОБЫЧНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ЛИНИЯМИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Цель настоящего параграфа состоит в анализе практических результатов той теории, которая была изложена в предыдущих параграфах, оценке эффективности различных ВОЛС и нх сравнении с обычными каналами связи. Необходимая для этого информация содержится на рис. 4.12, где приведены зависимости потерь от частоты для некоторых характерных направляющих систем, используемых для передачи информации.

С точки зрения пользователя важным отличием оптических волокон от таких линий связи, как воздушные, симметричные и коаксиальные, а также волноводы, являются независимость затухания в волокне от ширины спектра сигнала. Частично это объясняется тем, что все оптические передатчики - это всего лишь широкополосные источники шума, с которыми мы уже сравнивали искровые радиопередатчики, использовавшиеся для радиосвязи в начале нашего столетня. При цифровом способе передачи информации они лишь включаются и выключаются! Однако важным моментом здесь оказывается то обстоятельство, что ширина спектра сигнала в оптическом передатчике мала по сравнению с областью размытия частот источника излучения.

Затухание воздушной (1) и симметричной (2) линии связи прямо пропорционально корню квадратному из частоты. (Приведенные в скобках цифры относятся к кривым на рис. 4.12.) Невысоких частотах это увеличение затухания обусловлено поверхностным эффектом. В коаксиальных кабелях вклад в затухание вносят потери в диэлектрике, пропорциональные частоте, но обычно незначительные по величине, за исключением области самых высоких частот. Омические потери в проводниках, которые пропорциональны корню квадратному из частоты, обычно оказываются преобладающими. Полное выражение для затухания в коаксиальном кабеле имеет вид

=201gr(H,e,)/2tg6 +

дБ/м

+-1-(я/е,е,/а)/2(1 +



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [ 35 ] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0011