Листвин А.В. Оптические волокна для линии связи - файл n3.doc

приобрести
Листвин А.В. Оптические волокна для линии связи
скачать (1095.9 kb.)
Доступные файлы (9):
n2.doc1407kb.02.09.2006 20:11скачать
n3.doc1235kb.02.09.2006 20:02скачать
n4.docскачать
n5.doc105kb.26.06.2003 13:28скачать
n6.docскачать
n7.doc152kb.29.08.2002 15:14скачать
n9.doc124kb.11.08.2002 23:07скачать
n10.doc144kb.09.12.2006 01:45скачать
n11.docскачать

n3.doc

DWDM системы

1 – мультиплексор, 2 – оптический усилитель мощности, 3 – линейные оптические усилители, 4 – оптический предусилитель
Принцип действия мультиплексора


Оптический усилитель усиливает одновременно сигналы на всех длинах волн


CWDM системы




Оптические волокна для линий связи

Геометрические параметры




Одномодовые волокна

Многомодовые волокна





Геометрические параметры SMF - 28.


Диаметр модового пятна: на  = 1310 нм

на  = 1550 нм

9.2  0.4 мкм

10.4  0.8 мкм

Эксцентриситет сердцевины и оболочки

 0.5 мкм

Допуск на диаметр оболочки

125  1.0 мкм

Эллиптичность оболочки

 1.0 %

Собственный изгиб волокна

 4.0 м


Профили показателей преломления в одномодовых волокнах




Потери в волокне




Таблица 1. Спектральные диапазоны

О – диапазон

1260…1360 нм

Основной (Original)

E – диапазон

1360…1460 нм

Расширенный (Extended)

S – диапазон

1460…1530 нм

Коротковолновый (Short wavelength)

C – диапазон

1530…1565 нм

Стандартный (Conventional)

L – диапазон

1565…1625 нм

Длинноволновый (Long wavelength)

U – диапазон

1625…1675 нм

Сверхдлинный (Ultra-long wavelength)


Мода сохраняет распределение амплитуды и фазы в поперечном сечении.




Потери в изогнутых волокнах




Хроматическая дисперсия
Зависимость запаздывания () и дисперсии D() в SM волокне от .



Штраф по мощности: q = 10 log12) = 10 log(t2/t1).



Дисперсия SM волокон



Уширение импульса:
tD = D (пс/нмкм)  L (км)   (нм).


Расстояние между ретрансляторами:
D L = 105 / B2)
Таблица Допустимая величина полной дисперсии (SM волокна).

Скорость передачи

данных

Допустимая полная дисперсия , пс/нм.

Максимальное расстояние между ретрансляторами, км

2.5 Гбит/с (STM-16)

16 000

1000

10 Гбит/с (STM-64)

1000

60

40 Гбит/с (STM-256)

60

4


Компенсация дисперсии




Ширина спектра импульсов не меняется




Дисперсия и потери в DC волокнах


Компенсация полной дисперсии в линии передачи



Соединение волокон

Потери в месте соединения волокон

(дБ) 4.34 [(2 d/w)2 + (w/w)2].

w – разность диаметров, d - смещение сердцевин.

Диаметр модового пятна: w = 7
Оптические разъемы



Схема образования оптического контакта при соединении разъемов РС и АРС.



Сложение разных видов неконцентричности в наконечнике.




Сварные соединения




Схема скалывателя



Скол волокна Установка в сварочный аппарат


Сварка волокон (а) без коррекции (б) с коррекцией эксцентриситета


Оптическая схема PAS


.

Примерный вид дефектов сварных соединений волокон на экране сварочного аппарата.



«Истинные» потери и оценка с помощью PAS системы



Оптические импульсные рефлектометры (OTDR)
Блок схема OTDR



Оптический

модуль



Типичная рефлектограмма линии передачи



Измеряемые параметры линии

Наименование объекта измерений

Измеряемый параметр

Каждая неоднородность в линии передачи

местоположение

потери

коэффициент отражения

Каждый оптический кабель

строительная длина

полные потери в дБ

погонные потери в дБ/км

полные обратные потери (ORL)

Полностью смонтированная линия передачи

длина линии

полные потери в дБ

полные обратные потери (ORL)

Динамический диапазон
МЭК рекомендует:  = 10 мкс и t = 3 мин, Drms на 1.8 дБ больше DIEC


Зависимость Drms от t и 


При увеличении  в 1000 раз Drms увеличивается на 5 log (2/1) = 15 дБ


При увеличении t в 100 раз Drms увеличивается на 2.5 log(t2 / t1) = 5 дБ


Шумы в конце рефлектограммы
Задача: найти Drms исходя из заданных значений А и а


Необходимая величина Drms: В = 5 log(4/а)


Пример: L = 150 км, = 0.20 дБ/км: А = 0.20 дБ/км  150 км = 30 дБ.

Пусть а = 0.02 дБ тогда: В = 12 дБ. Отсюда: Drms = А + В = 30 + 12 = 42 дБ.
Шумы в начале рефлектограммы
Когерентный шум (спектр FP лазера)



В  0.1 дБ.


Поляризационные шумы



Пространственное разрешение
Мертвые зоны для событий (EDZ – event dead zone)


Отражение импульса света от двух одинаковых неоднородностей



Зависимость ширины импульсов на дисплее от  и f




Мертвые зоны по затуханию (АDZ – attenuation dead zone)






Измерение длины
L = (c/nг)(T/2) (0.1 км/мкс = 0.1 м/нс)




Инструментальные ошибки при измерении длины волокна

Наименование ошибки

Величина ошибки

Смещение нуля

 1 м

Ошибка из-за неточности калибровки шкалы

5 10-5 L

Ширина интервала между измеряемыми точками

3 10-5 L


Ошибки оператора



nг() - nг(o) = (c So 2 /8) [1(o/)2]2


(nг = n - d nг/d D() = (1/с) d nг/d D() = (So  /4) [1 – (o/)4])
Методические ошибки
Положение конца волокна в рефлектограмме



Зависимость коэффициента отражения от угла между осью и нормалью к торцу

Угол

0

1

2

3

4

5

Коэффициент отражения, %

3.50

2.55

0.98

0.20

0.02

1.3 10-3


Определение места повреждения
Избыток волокна при его укладке в модуле


Укладка кабеля



nэфф = (Lв nг) / Lк


Измерение полных потерь
А(z) = - 10 log T(z) + 5 log[Q(0)/Q(z)].




Ошибки: А = К А,

 (дБ/км) = К (дБ/км)

К (дБ/дБ) = [ААист] / Аиcт

~ 0.02 дБ/дБ
Измерение потерь в сростках
Измерение с помощью пяти курсоров.


а = 2 ,

Ошибки в LSA – методе и 2РА - методе



Ошибки из-за флуктуаций диаметра модового пятна



Рассеиваемая назад мощность ~ 1/w2
Двухсторонний анализ рефлектограмм

а12 = аист + а

а21 = аист - а

аист = (а12 + а21)/2 а = 4.34 w /w.
Рефлектограмма в направлении Запад – Восток



Рефлектограмма в направлении Восток– Запад




Результаты расчета

Номер сростка волокон

Измеренные потери, дБ (ЗВ)

Измеренные потери, дБ (ВЗ)

Истинные потери, дБ

Систематическая ошибка, дБ

№ 1

аиз,1 = - 0.02

аиз,1 = + 0.06

а1 = + 0.02

- 0.04 (ЗВ)

+ 0.04 (ВЗ)

№ 2

аиз,2 = + 0.08

аиз,2 = + 0.02

а2 = + 0.05

+ 0.03 (ЗВ)

- 0.03 (ВЗ)


Измерения на двух длинах волн


Определение наличия изгиба


Метод шлейфа


Применение согласующего кабеля






Измерение коэффициента отражения
Всплеск сигнала отражения
f = 5 log [(Pот + Pрас)/Pрас] = 5 log [(R+ Q)/Q].
r = 10 log (10f/5 – 1) + q.

Рефлектограммы участка с оптическим разъемом (r = - 40 дБ)



r = q + 2 f. (f > 5 дБ)
Оценка: q = - 80 дБ + 10 log([нс]/1[нс]), (- 70 дБ/м), r = - 40 дБ
Зависимость отраженной и рассеянной мощности от 




Ошибки при измерении r
1) Уровень ограничения




2) Переотражения




3) Ширина полосы фотоприемника


Обратные потери (ORL)
ORL = 10 log (Pо /Pоб) = ророб
ORL (L –длина волокна, rт – коэффициент отражения от торца




Нелинейная волоконная оптика (НВО)



Нелинейность проявляется при большой

интенсивности: I = Р/А,

Эффективность НВО


[I(в) Lэф(в)] /[I(об) Lэф(об)]] = /( Аэф) ~ 109
Lэф(в) = 1/ = 20 км Аэф = /4 w2 ~ 75 мкм2 ~ 0.7 10-10 м2

НВО






Эффект Керра

Неупругое рассеяние




SPM

FWM

MI


XPM

SBS

SRS


Эффект Керра Эффекты Бриллюэна и Рамана

n = n + n2 I I = P/Aэф Р1(L) = Р1(0) exp(g I2(0) Lэф)

н = Lэф Р Р1(L) = Р1(0) exp(Р2(0) Lэф)

= (2/) n2 / Aэф ~ 1.5 (км Вт)-1 R = gR / Aэф ~ 1 (км Вт)-1

B = gB / Aэф ~ 0.5 (км мВт)-1

Неупругое рассеяние




SPBS ширина спектра 30..60 МГц, смещение 11 ГГц.

SPRS ширина спектра 7 ТГц, 55 нм, смещение 13 ТГц.

Порог SRS (~ 1 Вт): PR Lэ  (16 Aэ/gR)  17 Вт км

Порог: SBS (~ 1 мВт): PB Lэ  (21 Aэ/gB) (1 + fл /fB)-1 = 0.03 (1 + fл /fB)-1 Вт км,

Механизм SBS






Способы уменьшения SBS

  1. Уменьшение несущей при АМ ~ 4 дБ

  2. Нарушение когерентности (коническая сердцевина) ~ 7 дБ

  3. Уменьшение несущей при ФМ ~ fB/fл

Эффект Керра
Четырехволновое смешение (FWM)


Эффективность FWM



Фазовая самомодуляция (SPM)



Уширение спектра:  = dн/dt = (dP/dt) Lэф, солитоны в + D волокне



Допустимая мощность в SMF
Рмакс = 21.5 дБм (10 Гбит/с), 28 дБм (2.5 Гбит/с) Рмакс = Р1 N
Перекрестная фазовая модуляция (ХРМ)
i = Lэф [Pi + 2 m i Pm].



ФМ + D = АМ

EDFA



Упрощенная схема эрбиевого усилителя


Принцип действия

Стекло с примесью неодима (Nd)
Твердотельный лазер


Лампа накачки



Накачка от многомодового лазерного диода (10 кВт)




Схема уровней энергии ионов эрбия (Er)




Оценка мощности накачки
Энергия на перевод одного иона: Е0 = hc/ ~ 2 10-19 Дж

Концентрация ионов 1018…1019 см-3

Энергия на перевод 5 1019 из 1 см3: Е1 = 1 Дж

Подводимая мощность (при  = 10 мс): Pн = Е1 / = 100 Вт

Объем сердцевины (L = 1 м, d = 4 мкм): V = L d2/2 ~ 1 10-4 см3

Подводимая мощность (при  = 10 мс): Pн(V) = Pн V = 10 мВт


Накачка на  = 1480 нм
Эффективность накачки: 55 % ( = 980 нм), 86 % ( = 1480 нм)

Сечения испускания и поглощения



Уравнения:

dPc = Гс (и N2 - п N1) Рс dz

dPн = - Гн нп N1 Рн dz

N1 + N2 = N0

где Гс = а/Ас, а – площадь сердцевины, Ас – площадь моды

dPc = g Рс dz

g = n2 (g* + ) -

где n2 = N2/N0 g* = Гси N0  = Гннп N0

G(дБ) = 4.34 [<n2> (g* + ) - ] L

n2 = 1  G(дБ) = 4.34 g* L ~ 4 (Рн(0)/ Рпор)

(g*/) ~ 1, Рн(0) = 20 мВт , Рпор ~ 2 мВт  G ~ 40 дБ

Спектральные характеристики




Шумы EDFA




F = (1/G) [1 + 2 Pсп/(h )] = (1/G) [1 + 2 Nсп]

G >> 1 Pсп ~ F G h 

FEDFA = [2 nсп (G1)/G + 1/G] ~ 2 nсп ~ 2 N2/(N2N1)

Зависимость G и F от входной мощности





Входная мощность, дБм

Схема восстановления сигнала


Зависимость BER от входной мощности при B = 10 Гбит/с


Чувствительность фотоприемников
Pш = F h f [Q2 + Q (f/)1/2]




Формат

Зависимость (BER) от входной оптической мощности при В = 2.5 Гбит/с


Раман

Механизм SRS



Полная

инверсия
Спектр SRS



Схема





Рс(L) = Рс(0) exp[(R/2) Lэф Рн(0)]

GR(дБ) = 10 log[Рс(L)/Рс(0)] ~ 2 R Lэф Рн(0)

R ~ 1 (км Вт)-1, Lэф ~ 20 км  GR(дБ)/ Рн(0) ~ 40 дБ/Вт

Схема фотоприемника с рамановским предусилителем




Эквивалентная схема

Feff 2/lnGR

GR = 100 (20 дБ)  Feff ~ 0.44 (- 3.6 дБ)




F = Feff + (FEDFA1)/GR

F = 0.44 + (4 – 1)/100 = 0.47 (- 3.2 дБ)

Pш = F h f [Q2 + Q (f/)1/2]

F = 0.5, h = 1.3 10-19 f = 0.6 В = 6 Ггц, Q2 = 50  Pш = 2 10-8 Вт (- 47 дБм)
Потери в линии = Рвх - Рш





DWDM систем ы
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации