	Уровень:

Методика инженерного расчета волоконно-оптических систем

При инженерном расчете волоконно-оптического канала передачи информации предусматриваются следующие этапы:

Выбор системы передачи и определение полосы частот или скорости передачи информации.

Выбор типа и конструкции оптического кабеля.

Выбор источника излучения, определение его параметров.

Выбор фотоприемника, определение его параметров.

Определение энергетической характеристики системы.

Расчет потерь в линейном тракте.

Расчет запаса мощности сигнала.

Расчет быстродействия системы.

Анализ характеристик системы.

На первом этапе расчета определяют скорость передачи информации и выбирают систему передачи, обеспечивающую получение требуемых числа каналов и дальности связи. Затем анализируют сигналы, передаваемые по каналу. В цифровых системах выбирают наиболее оптимальный код и способ модуляции.

На втором этапе осуществляется выбор оптического кабеля, наиболее полно удовлетворяющего требованиям системы по своим физико-механическим, массо-габаритным и стоимостным характеристикам.

Третьим этапом расчета является выбор источника излучения. Для увеличения срока службы излучателей уменьшают пиковую мощность, так как работа излучателя при повышенных токах накачки ускоряет процесс его деградации.

Тип фотоприемника (лавинный или p-i-n фотодиод) определяют исходя из требований, предъявляемых к системе. При этом стремятся, чтобы фотоприемник имел максимальную чувствительность в рабочем диапазоне длин волн. Требуемую чувствительность приемника обычно определяют, исходя из заданных значений скорости передачи информации или полосы частот u.

Три следующих этапа расчета связаны с энергетическим расчетами. В начале определяют потери в волоконном световоде. Если система имеет сложную топологию, то следует учитывать потери во всех участках оптического кабеля. Указанные значения определяются коэффициентом затухания кабеля . Учитываются также потери при вводе излучения оптического источника в световод. Эти потери часто являются основным фактором при решении вопроса об использовании в кабелях оптических жгутов или волокон, выборе числовой апертуры световода.

Следует учесть потери в кабельных разъемах и соединениях. Поскольку неразъемные соединения имеют меньшие потери, габаритные размеры и более высокую надежность, чем разъемные, как правило, стараются сократить число разъемных соединений.

В зависимости от условий эксплуатации должен быть предусмотрен определенный допуск изменений параметров системы при изменениях температуры окружающей среды. Во многих случаях в приемных и передающих модулях канала вводятся схемы температурной компенсации. Кроме этого, должен предусматриваться запас по мощности сигнала в расчете на возможное ухудшение параметров компонентов (источников излучения, фотодетекторов, волоконных световодов и др.) во времени.

При выбранной элементной базе определяют быстродействие системы. После этого с учетом запаса на неточность паспортных данных элементов рассчитывают реальное быстродействие системы. Полученное значение сравнивают с допустимым быстродействием. Повысить быстродействие можно при использовании оптических волокон с меньшей дисперсией. Одним из возможных способов снижения дисперсии является переход от многомодовых волоконных световодов со ступенчатым изменением показателя преломления n по радиусу к градиентным и одномодовым световодом или переход от длин волн к , при этом возможна взаимная компенсация дисперсий в материале и при распространении волн в одномодовых световодах, что обеспечивает минимальную дисперсию в кабеле.

Другим возможным способом обеспечения требуемого качества системы является передача необходимого объема информации не по одному световоду, а по нескольким с меньшими скоростями передачи или использованием спектрального уплотнения - передачей того же объема информации по двум или нескольким спектрально-разнесенным каналам, работающим с меньшей скоростью передачи (широкополосностью). Выбор одного из указанных вариантов решений определяется наличием технических устройств, реализующих такие системы, и экономических оценок.

Величина длины ретрансляционного участка ограничивается либо энергетическим запасом, либо временными параметрами (быстродействием) системы. В первом случае можно ослабить требования к быстродействию излучателей и приемников, а также к дисперсии в световодах; во втором случае можно ослабить требования к чувствительности приемника, мощности, излучаемой источником, типу передаваемого сигнала (например, выбору кода), потерям в кабеле и разъемах.

Длина регенерационных участков может быть ограничена из-за шумов перераспределения мод лазеров, шумов, обусловленных отражением, модовых шумов в системах с многомодовым световодом. Указанные ограничения принципиально устранимы. Если в качестве излучателей выбран светоизлучающий диод (оптическая мощность мала и ширина спектра велика из-за некогерентности излучения), то трудности, вызываемые когерентными явлениями, такие как описанные ранее шумы, при этом устраняются. Спектральные свойства обычных многомодовых лазеров близки к свойствам светодиодов.