Расчет параметров оптического кабеля

Основным элементом оптического кабеля является волоконный световод, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n1 и n2.

Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки - создание лучших условий отражения на границе сердцевина оболочка и защита от помех из окружающего пространства.

Магистральные кабели предназначаются для передачи информации на большие расстояния и на большое число каналов. Они должны обладать малыми затуханиями и дисперсией и большой информационно - пропускной способностью.

Оптический кабель характеризуется следующими параметрами:

) Относительная разность показателей преломления

Данный параметр определяется по формуле:

Δ= (n12-n22) / (2n12) (9)

где n1 - показатель преломления сердцевины

n2 - показатель преломления оболочки

Подставляя исходные значения в формулу (9) определяем относительную разность показателей преломления:

Δ = (1,4932 - 1,4902) / (2 × 1,4932) = 0,002

) Абсолютная разность показателей преломления

Этот параметр оптического кабеля характеризует разность между показателем преломления сердцевины и оболочки. Эту разность можно определить по формуле:

Δn = n1 - n2 (10)

Подставляя данные значения в формулу (10) определяем относительную разность показателей преломления:

Δn = 1,493 - 1,490 = 0,03

) Числовая апертура

Этот параметр характеризует световод с точки зрения условий ввода излучения в световод (ширина диаграммы направленности излучений источника) и вывода излучения из световода, которое определяет чувствительность фотоприемника. Данный параметр рассчитывается по формуле:

NА = sin φa = √n12-n22 (11)

Подставляя значения показателей преломления в формулу (11) определяем:

А = √1,4932 - 1,4902 = 0,1

Так как NA < 0,2, то необходимо использовать низкотемпературные волокна.

) Нормированная или характеристическая частота

Является важнейшим обобщенным параметром волоконного световода, используемым для оценки его свойств. Это частота, при которой процесс передачи энергии по световоду прекращается и только одна одномодовая волна НЕ11 не имеет критической частоты, для нее нормированная частота находится по формуле:

= 2 × π × d × NA / λ (12)

Где d - диаметр оптического волокна- числовая апертура

λ - рабочая длина волны

Подставляя расчетные данные в формулу (12) определим значение нормированной частоты:

= 2 × 3,14 × 5 × 0,1/1,55 = 2,02

) Критическая частота

При определенной длине волны наступает такой режим, когда луч падает на оболочку световода и отражается перпендикулярно. В световоде устанавливается режим стоячей волны и энергия вдоль световода не переносится.

Это соответствует случаю критической длины волны λкр и критической частоты fкр.

Тогда критическая частота определяется по формуле:

кр = 2,405с / (π × d × NA) (13)

где с - скорость света

Подставляя исходные значения в формулу (13) получаем:

кр = 2,405 × 3 × 108/ З,14 × 10 × 10-6 × 0,1 = 2,3 × 1014 Гц

При частоте выше критической вся энергия поля концентрируется внутри сердечника световода и эффективно распространяется вдоль нее. Ниже критической частоты энергия рассеивается в окружающем пространстве и не передается по световоду.

) Критическая длина волны

Данный параметр можно рассчитать по следующей формуле:

λкр = π × d × NA / (2,405 ∙ n1) (14)

Подставив необходимые значения в формулу (14), определяем критическую длину волны:

λкр = З,14 × 10 × 10-6 × 0,1/ (2,405 × 1,493) =1,51мкм.

Таким образом, в световоде могут распространяться лишь волны длиной, меньше, чем λкр = 1,51 мкм.

Другие стьтьи в тему

Разработка систем автоматического регулирования
Основы теории управления - одна из дисциплин, образующих науку об управлении. Эта наука в последние годы распространила свое влияние не только на системы управления технического характера (станки, роботы, самонаводящиеся ракеты, беспилотные самолеты, космические аппа ...

Расчет радиолинии связи
...