2 Расчет основных параметров оптического волокна.

2.1 Расчет числовой апертуры.

Важной характеристикой светодиода является числовая апертура NA, представляющая собой синус максимального угла падения φ_пад лучей на торец световода, при котором в световоде луч на границу «сердцевина-оболочка» падает под критическим углом φ_кр. Если зна­чение угла падения φ_пад≥φ_кр, то в световоде происходит полное внутреннее отражение луча. Следовательно

(1.1)

где n₁ и n₂ показатель преломления соответственно сердцевины и оболочки для одномодового световода 1,437 и 1,415 соответственно.

2.2 Расчет затухания.

Важнейшим параметром световода является затухание передаваемой энергии. Для заданных значений скорости передачи информации и вероятности ошибки мощность на входе фотодетектора должна быть больше некоторой определенной величины. Потери наряду с дисперсией определяют длину ретрансляционного участка волоконно-оптической линии связи, т. е. расстояние, на которое можно передавать сигнал без усиления. Данное расстояние соответствует расстоянию между НРП волоконно-оптической линии связи, размещенными на схеме трассы линии связи. В тех участках спектра, где существуют надежные источники излучения, световоды должны иметь минимально возможное затухание. Существуют две главные причины собственных потерь в световодах: поглощение и рассеяние энергии.

Затухание поглощения, α_n связанное с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода tgδ.

Расчет затухания поглощения:

дБ/км (1.2)

где - длина волны

tgδ=10^-11 – тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

В этой формуле приближенное вычисление объясняется тем, что показатели преломления и тангенс диэлектрических потерь зависят от частоты, а следовательно, и от длины волны, в связи с чем не могут быть заданы постоянными величинами при расчете.

Потери на рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих волоконным световодам. Потери с увеличением длины волны уменьшаются. Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, а также тепловой флуктуацией преломления.

Различают линейное и нелинейное рассеяние. При линейном рассеянии его мощность пропорциональна мощности падающей волны. В этом случае происходит частичное изменение потока энергии.

Потери на рассеяние, возникающие в результате флуктуации показателя преломления, называются рэлеевскими и определяются по формуле:

дБ/км (1.3)

где - длина волны

R_р- коэффициент рассеяния, равный для кварца одномодового световода 0,8 дБ/км·мкм⁴.

Суммарное значение собственного затухания оптического волокна в общем случае

дБ/км (1.4)

где α_пк - коэффициент затухания в инфракрасной области, расположенной в диапазоне длин волн свыше 1,6 мкм (для заданных длин волн не рассчитывается);

α_пр - коэффициент затухания из-за наличия в материале волоконного световода посторонних примесей для одномодового световода приблизительно равен 0,1 дБ/км.

Именно из-за нелинейности потерь α_с на заданных частотах за счет резонансных явлений возникают так называемые «окна прозрачности» световода, то есть существенное уменьшение собственного затухания оптического волокна при длине волны 1.55 мкм. Поэтому передача по ОК осуществляется именно на данных длинах волн.

После расчета собственного затухания световода α_с полученное значение необходимо сравнить с его верхней границей, указанной в маркировке кабеля и в дальнейших расчетах использовать наибольшее из них. Так как 0,493 гораздо больше 0,35, то будем в дальнейших расчетах принимать значение равное 0,493

Кроме собственных потерь α_с надлежит учитывать также дополнительные кабельные потери α_к. Они связаны с непостоянством размеров поперечного сечения волокна, наличием макро- и микроизгибов из-за скрутки, конструктивных и технологических неоднородностей и других причин. Установлено, что все кабельные потери существенно увеличивают затухание.

Приближенно можно рассчитать:

дБ/км (1.5)

где α_гв – дополнительное затухание за счет геометрии волокна равное α_с·0,15;

А_м – потери на стыке оптических волокон в муфте равные 0,3 дБ;

l_стр – протяженность строительной длины оптического кабеля, км.