CC BY
0УДК: 621.372.8
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОГО СВЕТОВОДА
ОПТОВОЛОКОННЫХ СИСТЕМ
*Сопубеков Нематилла Абдилахатович, 2Самусев Илья Александрович
1кандидат технических наук, доцент, 2магистрант Ошский технологический
университет https://doi.org/10.5281/zenodo.10723286
Аннотация. В данной статье рассматриваются появление оптических потерь в световодах оптоволоконных систем. Одним из важнейших параметров оптического световода являются оптические потери, которое определяет максимальное расстояние, на которое передается оптический сигнал по оптоволоконным линиям связи. Анализируется структура волоконо-оптического световода, а также изменение мощности при распространении пучка излучения умеренной интенсивности в однородной среде и др. Важными факторами являются основные технические характеристики волоконно-оптических линий связи, преимущества их использования в телекоммуникационных системах, сложность их изготовления по сравнению с металлическими кабельными системами.
Ключевые слова: оптоволоконные линии связи, оптический сигнал, оптический световод, мод, передача данных.
Abstract. This article discusses the appearance of optical losses in optical fibers of optical fiber systems. One of the most important parameters of an optical fiber is optical loss, which determines the maximum distance over which an optical signal is transmitted via fiber optic communication lines. The structure of the fiber-optic light guide is analyzed, as well as the change in power during the propagation of a radiation beam of moderate intensity in a homogeneous medium, etc.Important factors are the basic technical characteristics of fiberoptic communication lines, the advantages of their use in telecommunication systems, and the complexity of their manufacture compared to metal cable systems.
Keywords: fiber optic communication lines, optical signal, optical fiber, mode, data transmission
В данный момент в различных странах мира бурно развиваются телекоммуникационные системы по внедрению технологии волоконно-оптических систем передачи в практическое применение. Быстрый процесс развития общества является главной причиной широкого использования волоконно-оптической систем передачи на информационно-вычислительных сетях различного назначения. В современном обществе невозможно представить без использования интернета, кабельного телевидения, средств мобильной связи и других видов связи. Использование волоконно-оптических линий связи дает возможность локально объединить рабочих мест пользователей, обеспечиваеть высокую скорость загрузки данных, качественную телефонную связь и прием телевизионных сигналов.
Длина и пропускная способность являются основными параметрами линии связи. Наибольше допустимую протяженность линии связи определяют оптические потери в каналах связи. Чем поменьше число передатчиков, тем проще внешний вид лини связи и ее обслуживание, низкая ее стоимость и подешевле передача сигналов пользователю-получателя. Помимо того, линии связи непрерывно обновляются и возникают новые
виды оптоэлектронных световодов, оптические потери в которых нужно уменьшит. Таким образом, исследуя оптические потери в световодах и выявляя физических причин, привёдший к ним, обращаем внимание на представлению значимую задачу как прикладную, так и фундаментальную волоконной оптоэлектронику [1].
Волоконо-оптический световод представляет собой диэлектрический волновод цилиндрической формы, который выполнен из кварца и имеет внешную защитную полимерную покрытие. В оптическом световоде имеется две части, которое различаются составом - сердцевина (8 мкм диаметра для оптических световодов) и окружающая оболочка (125 мкм диаметра для оптических световодов) [1]. Сердцевина имеет более высокий показатель преломления по сравнению с оболочкой, это позволяет более хорошей излучению распространяться по волноводу за счет эффекта полного внутреннего отражения на границе между сердцевиной и оболочки. Узкий внешний диаметр оптического световода позволит нам изгибать его до радиусов порядка 1 см без разрушения. Это позволяет прокладывать волоконно-оптические кабели практически во всех направлениях по указанному маршруту [2].
Один из важнейших параметров оптического световода являются оптические потери, которое определяет максимальное расстояние, на которое может быть передан оптический сигнал по световоду. Как нам известно, что при распространении пучка излучения умеренной интенсивности в однородной среде изменение его мощности с расстоянием описывается законом Бугера-Ламберта с характерным параметром а, называемым коэффициентом затухания и численно определяющим оптические потери в среде[1,3]:
Р=Ро*ехр(-ах), (1)
где Ро - мощность пучка в некоторой точке, Р - мощность пучка на расстоянии х от нее.
Так как в световоде в большинстве случае может распространяться множество мод излучений, изменение мощности излучения при распространении по оптическому световоду представлен суммой выражений для каждого мода [1,3]: Р=Х Р^ехр(^х), (2)
где Pi - мощность излучения в ьтой моде световода в точке его возбуждения (на торце световода),
аi - коэффициент затухания для ьтой моды,
Р - мощность излучения в световоде на расстоянии х от точки возбуждения. По существу моды должны иметь различные распределения полей, и из за этих различий оптические потери будут различными, так как доля мощности, распространяющаяся по сердцевине и по оболочке (они отличаются составом кварца, а так же оптическими потерями в кварце), будет разными для каждого мода (сдвиг Гооса-Генхена). Полученное уравнение (2) является достаточно сложной, так как коэффициент Pi при каждом его члене зависит от характера возбуждения оптических световодов, а определение оптических потерь ai для каждого мода в отдельности постоянно невозможно. При этом, имеется частные, и наиболее распространенные случаи, и учитывая этих, уравнению можно представить в простой форме:
а) Одномодовый режим. Оптический световод имеет единственную направляемую моду. В таких случаях будет правильным будет 1 -е уравнение.
б) Многомодовый режим. Такой режим можно применить в случаях слабого поглощения и больших длин. Параметры оптического световода (форма, размер сердцевины, показатель его преломления) всегда испытывают вариации вдоль его длины, кроме того, у оптического световода имеется изгибы и микроизгибы. Такие факторы приводят к связи между модами и перекачке энергии между модами. В таких случаях, 2-ю уравнению придется усложнить [2,3].
Однако, если характерная длина перекачки много меньше характерной длины затухания и используемой длины световода, тогда в оптическом световоде можно устанавить равнораспределение мощности по всем направляемым модам. В этом случае затухание излучения можно описывать с помощью 1-го уравнения, но в таких случаях значение коэффициента затухания будет величиной, усредненной по всем направляемым модам [1,2].
Выводы
Волоконно-оптические линии связи и современные мобильные и цифровые системы передачи в данный момент занимают передовые места в различных отраслях телекоммуникационной системы [4]. Необходимо учитывать, что провайдерам которые предоставляет телекоммуникационные услуги, желающим использовать передовые технологии ВОЛС, необходимо подготовиться к выполнению новых требований, число которых значительно превышает количество требований, предъявляемых оборудованием предыдущего поколения. А так же, они должны быть готовы к проведению сложных процедур исследования и тестирования в различных условиях на существующих линиях и оборудовании [4,5].
Современные системы и устройства (передатчики, приемники, преобразователи, усилители и др.) беспроводного доступа в перспективе реализации будущего нового проекта технологии 5G, обязательно требуют подвода волоконно-оптического кабеля линии связи.
REFERENCES
1. Васильев А.Б. Механизмы потерь в одномодовых волоконно-оптических линиях связи: методическое и учебное пособие / А.Б. Васильев, В.Г. Воронин и др. — Москва, 2016.
2. Зубилевич А.Л. Потери в соединениях оптических волокон. / А.Л. Зубилевич, В.А. Колесников, А.В. Труханов. Технологии информационного общества, T-Camm #8. 2013.
3. Ким А.А. Исследование пассивных волоконно-оптических элементов и устройств: учебное пособие / А. А. Ким, Л. Б. Кочин. — Санкт-Петербург : БГТУ "Военмех" им. Д.Ф. Устинова, 2018. — 71 с.
4. Сопубеков Н.А. Выбор метода планирования сети доступа NGN. Известия Ошского технологического университета. -Ош, 2018. №3. -С. 90-96.
5. Сопубеков Н.А. Исследование помехоустойчивости систем цифрового телерадиовещания. Вестник Ошского государственного университета, Ош, 2022. -С. 191-196
