Оптическая связь и слабопреламляющее волокно 1 Выполнили студенты 1951 группы

Еще в 19 веке Натан Ротшильд вывел формулу успеха: «Кто владеет информацией, тот владеет миром». Прошло более ста лет, но актуальность ее только возрастает: сегодня информация – это главный ресурс современного общества. 2

Причины появления? Возникшая необходимость поиска альтернативных технологий передачи данных взамен традиционных, основанных на медном кабеле. Где же оно используется? В сетях передачи данных вместо металлических проводов Для передачи мощного лазерного излучения, всевозможные оптоволоконные датчики В волоконно-оптической связи 3

Преимущества оптических проводников перед электрическими Высокая помехоустойчивость Скорость и, как следствие, количество передаваемой информации выше в 1000 раз. 4

Появление и развитие оптоволокна. В древние времена люди уже пытались с помощью света передавать информацию. в 1790 году, во Франции, Колд Шапп построил систему оптического телеграфа принцип передачи света внутри стеклянных стержней был впервые продемонстрирован 1841 году, швейцарским физиком Жаном-Даниэлем Колладоном 1870 году, английский физик Джон Тиндаль продемонстрировал что свет может передаваться в потоке воды 5

В 1934 г. американец Норман Френч запатентовал первую оптическую телефонную систему. Проблема изготовления лазеров из полупроводниковых материалов решена в 1962 г. Тогда же появляется приемник в виде полупроводниковых фотодиодов. Оставалось найти подходящую передающую среду. Первые виды оптического кабеля начали эксплуатироваться в телефонной связи на кораблях ВМФ США в 1973 г. 6

Влияние открытия на мир. В 1975 году Великобритания стала первой страной, установившей у себя коммерческую оптоволоконную сеть. А спустя еще несколько десятков лет мир фактически оказался в паутине таких сетей - линии передач, обеспечивающие, в частности, работу интернета, протянулись через океаны. 7

На сегодняшний день, благодаря своим уникальным характеристикам, в том числе и уровню защищенности от внешних факторов, оптоволокно признано самой совершенной средой для передачи данных, которая не имеет достойных конкурентов. Она значительно превосходит своих «коллег» как по пропускной способности, так и по помехозащищенности, устойчивости к электромагнитным излучениям и многим другим характеристикам. Уровень ее защищенности от хищения информации, воздействия природных и иных факторов намного выше, чем у других проводников. 8

Свойства и основные понятия, связанные со световодами Оптическое волокно нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. При распространении световой волны в волноводе, происходит квантование волны и могут распространяться только дискретные пространственные волны, называемые волновыми модами. Одно/многомодовый режим-режим, при котором в световоде распространяется одна(несколько) волновых мод. Показатель преломления вещества величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде. Полное внутреннее отражение внутреннее отражение, при котором угол падения превосходит некоторый критический угол. Падающая волна отражается полностью. 9

Срез оптоволокна Для обеспечения полного внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины несколько выше показателя преломления оболочки. Прим. (n 1 = 1,479 n 2 = 1,474) 10

Преломление света n=c/v – показатель преломления n 1 sin1=n 2 sin2 – закон преломления a=arcsin(n 2 /n 1 ) – угол ПВО 11

Схема волновода. Kn 1 >β>kn 2 K=2πλ – волновое число 12

Диаметр современного волокна 125микрон(сердцевина 10 микрон). 13

Потери в световодах Поглощение фотона света Рассеивание Потери на изгибе α=10*lg(Iвх/Iвых) / L; [дБ/км] 14

Диапазон оптической связи 15

Как создать линию отповолоконной связи? 16 АЦП – аналого-цифровой преобразователь; Мультиплексор – уплотняет импульсы во времени в разы;

Слабопреломляющее волокно - это волокно, у которого показатели преломления оболочки и сердцевины почти равны (различаются на тысячные доли) 17

Преимущества слабопреломляющего волокна Простота изготовления Данное многомодовое волокно удобно для передачи сигналов, где нет необходимости в высокой точности передачи Как особенность – диаметр сердцевины волокна намного меньше оболочки. 18

Параметры мод. Характеристическое уравнение. Рассмотрим циллиндрический волновод, радиусом a. Новый, математически высчитанный параметр - нормированная частота - V 19

Постоянная распространения и модовая задержка С помощью U (V), мы можем вычислить распространение постоянной β. Постоянная распространения: β = nk(b + 1) = nk[1 + - (u2/v2)] На графике: зависимость β от нормированной частоты V 20

Поток мощности и плотность мощности. Вектор Пойнтинга вектор плотности потока энергии электромагнитного поля, одна из компонент тензора энергии-импульса электромагнитного поля. Модуль вектора Пойнтинга равен количеству энергии, переносимой через единичную площадь, нормальную к S, в единицу времени. Своим направлением вектор определяет направление переноса энергии. 21

22 Потери в световоде обусловлены некоторыми частями волокна и пропорциональны мощности, распространяющиеся в этой части. Для описания этого процесса используем следующие формулы: Поток мощности в сердцевине и оболочке: Pcore/P = 1 - (U 2 /V 2 )(1 - k) Pclad/P = (U 2 /V 2 )(1 - k),(30) Средняя плотность: На рисунке показана нормализованная задержка группы d (vb)/dv как функция от v.

Выводы по статье В условиях ограниченности вычислительных мощностей и недоступности необходимых материалов полный расчёт параметров волокна представляется невозможной задачей. Если принять размер оболочки бесконечным (что на практике предполагает много больший диаметр, чем оный у сердцевины), то из уравнений Максвелла уже можно получить необходимые параметры волокна и источника для обеспечения необходимого модового режима. 23

Световоды в настоящее время Разнообразие волокон, режимов и длин волн возможных источников излучения предоставляет широкие возможности применения, как в связи: магистральной, городской, производственной, так и в других областях: оптические гироскопы, обнаружение, датчики температуры. Уже сейчас многие из нас пользуются высокоскоростными соединениями в быту, выходя в интернет. Даже те, кто стараются по тем или иным причинам избегать подобных достижений, косвенно пожинают плоды этого направления, снимая деньги в банкоматах, просто имея свой сберегательный счёт. 24

Дальнейшее развитие технологии, упрощение процессов и простота использования источников позволит применять волоконную связь и на меньших масштабах, там, где сейчас выгоднее использовать обычную, электрическую, по своей сути ограниченную свойствами проводников. 25

Спасибо за внимание! Выполнили студенты групп1951 и 1950: Кривенцов Вадим (2-6 слайды) Исаев Евгений (7-8 слайды) Дмитриев Андрей (9- 12 слайды) Анчуткин Гордей (13-15 слайды) Мелехина Елена(16-17 слайды) Никифоровский Данила (18-21 слайды) Бабич Алексей(22-24 слайды) 26