Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

ца. В волокнах последнего типа влияние радиации проявляется в основном в удалении отдельных атомов кислорода из своего обычного положения в матрице стекла, что приводит к образованию дефектных центров. Обнаружено, что хотя ионы гидроксила и увеличивают обычные потери, однако их умеренная концентрация уменьшает чувствительность к воздействию радиации. Предполагают, что присутствие ОН- препятствует образованию дефектных центров.

Дело усложняют следующие два эффекта. Во-первых, установлено, что наведенные радиацией потери в волокнах с сердцевиной из чистого кварца достигают насыщения на уровне нескольких сотен или тысяч децибел на километр. Во-вторых, у всех типов волокон наблюдается уменьшение со временем числа созданных дефектов. Этот ,про-цесс можно ускорить путем термической обработки, а также интенсивным освещением материала белым светом. При этом у чистого кварца наблюдается более полное восстановление свойств материала. В частности, волокна, легированные германием, обладают крайне высоким переходным затуханием, которое может вывести из строя систему связи за несколько секунд после вспышки радиации, хотя использующая их система связи и была разработана, чтобы противостоять длительному воздействию радиации.

Большинство радиационно стойких волокон используется в коротких линиях связи, в которых допустим весьма высокий уровень обычных потерь, а уровень наведенных потерь меньше критического. Это будет проиллюстрировано численным примером. Рассмотрим две системы, в каждой из которых отношение генерируемой передатчиком мощности к минимально допустимой мощности иа входе приемника составляет 50 дБ. Допустим, что нормальные потери в волокне составляют 30 дБ, а резервный запас надежности равен 20 дБ. Пусть в первой системе используется волокно с низким уровнем потерь, например с затуханием 5 дБ/км для обеспечения расстояния между ретрансляторами в 6 км, в то время как во второй системе требуется обеспечить расстояние между ретрансляторами только в 150 м и, следовательно, можно исполызовать волокно с затуханием 200 дБ/км. Воздействие дозы облучения в 1000 рад было бы губительным для первой системы. Если оно приведет к увеличению затухания на 100 дБ/км, то даже при уменьшении расстояния между ретрансляторами с 6 до 0,5 км все еще потребуется компенсировать 50 дБ имеющихся потерь. Однако вторая система при этом уцелела бы. Действительно, потери в волокне увеличились бы с 200 до 300 дБ/км н составили бы 45 дБ на длине 150 м, что в пределах запаса надежности по мощности.

Оптическое волокно, специально предназначенное для использования в радиационно-стойких системах, должно иметь сердцевину из чистого плавленого кварца с малым содержанием остатков воды и полимерную оболочку. Полимерные волокна и волокна типа кварц-полимерная оболочка будут рассмотрены в§ 3.4.

Отметим, что волокно, разработанное для выдерживания дозы облучения в 1000 рад, может быть использовано в системе, ориентиро-



ванной на автономную эксплуатацию. Доза облучения в 500 рад достаточна для того, чтобы около 50 % персонала умерли в течение 30 дней после облучения.

3.3. ОПТИМАЛЬНАЯ ДЛИНА ВОЛНЫ

ДЛЯ КВАРЦЕВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Прежде чем перейти к рассмотрению вопросов изготовления волокна, имеет смысл оценить с точки зрения свойств волокна достоинства использования различных длин волн в оптических системах связи. Сделаем это в предположении, что, если потребуется, соответствующие полупроводниковые источники излучения и фотодетекторы могут быть изготовлены. Основными характеристиками системы связи являются полоса пропускания и расстояние между ретрансляторами, а определяющими параметрами волокна - дисперсия и потери. Из приведенных на рис. 3.3 кривых видно, что в волокне с малыми потерями минимальное затухание имеет место на длинах волн 0,9; 1,0; 1,2; 1,3 и 1,55 мкм. Если водяные пары могут быть удалены из волокна, то при использовании кварца, легированного германием, затухание на 1,3 и 1,55 мкм может быть существенно меньше, чем в области 0,85 мкм, соответствующей самым распространенным источникам излучения из арсенида галлия. Отсюда следует, что имеется сильный стимул для использования более длинноволнового излучения. Напомним (см. § 2.2.3), что минимум потерь имеет место в окрестности 1,3 мкм. Таким образом, вопрос состоит в том, какая из длин волн лучше - 1,3 или 1,55 мкм.

Чтобы проиллюстрировать наше рассмотрение, мы использовали некоторые упрощающие предположения и рассчитали расстояния между ретрансляторами, получаемые при различных скоростях передачи данных, для ряда гипотетических систем. Результаты представлены на рис. 3.6 и 3.7. Расчеты выполнены для ступенчатого, градиентного и одиомодового волокон и длин волн излучения 0,9; 1,3 и 1,55 .мкм. Рассмотрены как лазерные источники, так и светодиоды, а для полноты картины приводятся также результаты расчетов для полимерных волокон с кварцевой оболочкой, описываемых в § 3.4. Последние расчеты сделаны для случая, когда потери равны 20 дБ/км, а дисперсия составляет 100 нс/км. Межмодовая дисперсия для ступенчатого градиентного и одиомодового волокон принята равной-соответственно 10, 0,5 и О НС/КМ. Характерные значения материальной дисперсии и потерь взяты для высококачественных волокон из кварца, легированного германием, из графиков, приведенных иа рис. 2.13, б, 3.2 и 3.3. С небольшой поправкой на увеличение потерь при укладке кабеля и сращивания волокна затухание принято равным 2,0дБ/км на длине волны 0,9 мкм, а материальная дисперсия 70 пс,(км-нм). На длине волны 1,3 мкм эти величины соответственно равны 1,0 дБ/км и 2 пс/ (км- им), а на 1,55 мкм - 0,5 дБ/км и 20 пс/(км- нм). Общая дисперсия определена как результат сложения среднеквадратических зиа-



чений межмодовой и материальной дисперсий, как это сделано в табл. 2.1. Значения дисперсии основываются на длительности импульса т на уровне 0,5, причем предполагают, что она приблизительно вдвое больше среднеквадратической длительности импульса а. Ограниченная дисперсией скорость передачи данных принята равной В~ 1/4 а = 1/2 т. При этом не учтены более сложные взаимодействия между различными эффектами, вызывающими дисперсию, рассматриваемыми в гл. 6, или возможный обмен между дисперсией и мощностью сигнала, который анализируется в гл. 15. Для учета потерь в разъемах и вследствие старения элементов принят коэффициент запаса мощности в 10 дБ. Во всех случаях предполагалось, что минимально допустимая мощность на фотодетекторе равна 0,1 нВт/(Мбит/с). Ве- роятио, это значение очень хорошо для фотодиодов и более высоких скоростей передачи данных, однако оно велико для лавинных фотодиодов и более низких скоростей передачи информации. В каждом случае также принято, что от светодиода в волокно вводится 50 мкВт - 13дБм)при относительной спектральной ширине излучения 70,04, а от лазера 1 мВт (О дБм) при у - О, 004.

Как видно из рис. 3.6, при указанных условиях для ступенчатого волокна возбуждаемого излучением светодиода, более длинные волны имеют преимущество лишь при скорости передачи данных менее 2 Мбит/с. Более высокая информационная пропускная способность в данном случае ограничивается межмодовой дисперсией. У хорошего градиентного волокна материальная дисперсия ухудшает характери-стики системы связи с высокими скоростями передачи данных на длинах волн 0,9 и 1,55 мкм, однако она незначительна по величине приХ= = 1,3 мкм. Если может быть получено и будет постоянно выпускать-

Градиентное волонно


Нварцедое W-zrAjSwa с полимерной овалоч ной \

ZMBumjc 8 Ж Т

IJmhm

1,55 мнм 0,9 МНМ

ШкВит/с 1Mffum/c lOMffum/c ЮОМбит/с 1Г5ат/с Спорость передачи данных

Рис. 3.6. Скорости передачи данных и расстояния между ретрансляторами, реализуемые в оптических системах связи, использующих светодиоды



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0016