Физические основы передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи

Возможность передачи информации по волоконно-оптическим линиям появилась благодаря переложению квантовой теории света на его распространение в прозрачных однородных средах. Состояние квантовых систем в энергитическом отношении характеризуется 3мя энергетическими уравнениями и описывается выражением:

: U (W12) B12N1=A21*N2+U (W21) *B21*N2

Поясним это выражение на рисунках а); б); в)

Состояние а), при котором количество частиц на нижнем не возбужденном состоянии N1 больше чем на верхнем уровне N2 т.е. N1 больше N2 в этом случае система находится в устойчивом состоянии и является поглощающей.

Состояние б) - это состояние, при котором N1 и N2 примерно равны, и соответственно:

U (W21) B21N2=0 - система нейтральна, по отношению к падающей на нее энергии, т.е. прозрачна. для многих веществ, в частности для чистого кварца такая система является устойчивой. Этим объясняется высокая прозрачность современных кварцевых волокон. При третьем состоянии системы N2 больше N1, такая квантовая система является излучающей, и если ее не поддерживать с помощью излучения, она будет неустойчивой.

Реальные вещества, чаще всего характеризуются первым и вторым энергетическим состоянием одновременно.

Если к такой системе в точке "0" излучение имело мощность "Р0", то пройдя расстояние L, мощность излучения уменьшится согласно закона Бугера:

РL=P0e-αL

Где α-показатель затухания.

А= α п+ α р

α п - компонента затухания за счет поглощения.

α р - компонента затухания в следствии рассеяния света на неоднородностях.

Современные ОВ (оптические волокна) изготавливаются главным образом из химически чистой двуокиси кремния SiO2 (кварц), содержащим кроме этого соединения, небольшую составляющую гидроксильной группы ОН. Поэтому в широком диапазоне длин волн оптического излучения (0,8? 1,6 мкм) поглощения практически сведено к нулю. Поэтому составляющей α n можно пренебречь и считать, что затухание света в среде SiO2 происходит в следствие рассеяния на неоднородности.

В веществах, из которых изготавливаются современные световоды, существуют только неоднородности, размер которых много меньше длины волны - это пространственные флуктуации показателя преломления порядка размера молекул, а также сами молекулы. Рассеяние на таких неоднородностях называется упругим или Рэлеевским рассеянием.

Рассмотрим распространение светового луча в цилиндрическом световоде заключенного в оболочку с разными величинами показателя преломления. Согласно закону Снелла, устанавливающего соотношение между падающим и отраженным лучами практически угол падения, при котором падающий луч полностью отражается от границы 2 ряда равен 80,6*. Следовательно при а>80,6* свет будет распространяться по световоду.

n1 SiO2= n2 SiO2

Если диаметр сердечника оптического волокна d>λ (длины волны падающего света, то в волокне распространяется большое количество мод, т.е. типов волн). На основе такого волокна изготавливаются многомодовые оптические кабели. Их назначение и область применения в данном дипломном проекте не рассматривается. Рассмотрим случай когда луч распространяется по волокну параллельно Оси т.е. Θ =0.

Для обеспечения одномодового решения работы ОВ необходимо выполнение 2-х условий.

Первое: V? 2,405 где V-число мод, при этом условии в волоконно распространяется одна мода. (НЕn)

Второе: d1 (n12-n22) =0.38 λ, где d1 - диаметр сердечника.

Перейти на страницу: 1 2

Другие публикации

Основные параметры микро-ЭВМ серии КР
В настоящее время выпускается ряд серий однокристальных микро-ЭВМ, предназначенных для использования в бытовой радиоэлектронной аппаратуре. Применение однокристал ...

Усилитель мощности электрических сигналов
Несмотря на быстрое развитие усилительной техники, бестрансформаторные усилители мощности по-прежнему играют важную роль. Такие усилители могут быть легко выполнены ...

Меню

Copyright @2020, TECHsectors.ru.