Узнать стоимость написания работы
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!
Реферат

Реферат по предмету "Коммуникации и связь"


Основні фізичні процеси в оптичних лініях звязку

ОСНОВНІ ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ В ОПТИЧНИХ ЛІНІЯХ ЗВ’ЯЗКУ
1. Розповсюдження електромагнітних хвиль в оптичних волокнах
Модель розповсюдження світла крізь обмежену структуру подібну до оптичного волокна в термінах геометричних променів представляє тільки приблизний опис ефектів розповсюдження в них. Цей підхід добре діє поки характерний розмір поперечного перетину волокна як діаметр серцевини (2а, де а-радіус серцевини) великий у порівнянні з довжиною хвилі (l), що розповсюджується в волокні, і відносна різниця індексів серцевини і оболонки не надто мала. Фактично, як а, так і D можуть бути з'єднані разом з l, щоб створити комплексний параметр, що називається нормалiзованою частотою (V-числом) волокна, що визначається, як
/>. (1)
Якщо число V-волокна більше 10, результати геометричної оптики, основаної на променевих траєкторіях, приводять до точних рішень для багатьох ефектів розповсюдження в оптичних волокнах. Для V£10, геометрична оптика не в змозі пояснити ефекти розповсюдження в волокнах, що й вимагає здійснити електромагнiтний аналіз, оснований на хвильовій оптиці, щоб дослідити ефекти розповсюдження. Для одержання загальної основи, що могла б бути застосована для будь-якого волоконного хвильоводу з довільним числом V, починають з рівняння Максвела і відтворюють так звані векторні хвильові рівняння [5, 6], що задовольняють електричному (/>) та магнiтному (/>) полю векторів світлової хвилі:
/>, (2)
/>, (3)
де e=e0n2, e0є значенням e для вільного простору, n — показник заломлення, ε — />діелектрична проникність волокна і m0 — магнитна проникність для вільного простору, що по значенню така як і в волокні, при припущенні, що волокно не є немагнетиком. Перша форма розподілу індексу заломлення, запропонована для оптичного волокна, являє собою профiль, в якому поза серцевиною з показником заломлення n1 (діаметр 2а) знаходиться однорідна оболонка з показником заломлення n2; так, що можна алгебраїчно представити профіль показника заломлення (ППЗ) як:
/>. (4)
Волокна з профілем, аналогічним (4) відомі як волокна зі східчастим ППЗ. Для такого однорідного середовища член Ve дорівнюватиметься 0 як в серцевині, так і в оболонці, і в кожній з цих областей кожна декартовська компонента електричного та магнiтного поля буде задовольняти рівнянню
/>. (5)
Воно відоме як скалярне хвильове рівняння, де Y представляє будь-яку з декартовських компонент полів />та />. Оскільки n є незалежним від z, рішення рівняння може, взагалі, бути записано так:
Y(r,j,z,t)=y(r,j)exp( i [wt-bz]), (6)
де напрямок розповсюдження — уздовж z, і b — поширена стала розповсюдження. Рівняння (6) допускає два вигляду рішень в (5) — перше, в якому поле експоненціальне зменшується з r, при якому r>а і осцилює всередині серцевини (r
/>. (7)
В (7) />– представляє суму дискретних направлених мод, тоді як інтеграл — безрозмірна сукупність радіаційних мод. Реальні значення bP будуть визначатися граничними умовами.
Ми можемо згадати, що в якісних волокнах телекомунікації відносна різниця показника заломлення оболонка-серцевина звичайно ніколи не перевищує 1-2%. Такі волокна що мають D
Так як для східчастого волокна, і залежить від r і лише від нього, тобто є цилiндрично симетричним, (5) записують в цилiндричнiй системі координат
/>, (8)
де />– хвильове число вільного простору.
Застосовуючи засіб розділення перемінних, тобто записуючи
/>, (9)
Рівняння (9) може бути вирішене окремо для своєї радіальної та азимутальної компонент. Азимутальна компонента може бути представлена
F(j)~exp(± i l j ), (10)
де l=0, 1, 2, 3… Радіальна частина Y задовольнить таким рівнянням
/>, r
/>, r³a. (12)
Рівняння (11), (12) — стандартна форма рівнянь Бесселя, які допускають чотири різноманітних типи циліндричних функцій: J1(x), Y1(x), та K1(x), I1(x) відповідно. Проте для полів мод кінцевих та обмежувальних серцевин і експоненціальне загасаючих в оболонці, можна обрати функцію Бесселя J1(x), як поширення (11) всередині серцевини і модифіковану функцію Бесселя K1(x), як рішення (12) всередині оболонки. Відповідно, рішення (11) і (12) можуть бути записані як:
/>, (13)
де />і />такі, що
/>(див. (2.1)). (14)
В записі (13) була використана безперервність Y, та EY була обрана як домінантна поперечна компонента електричного поля, тоді як при D
/>. (15)
Тепер, як уже встановлено D
/>, (16)
де (') — позначає диференціювання циліндричних функцій по їх аргументу. Використовуючи рекурентні рівняння, регулюючі функції Бесселя, і модифіковані функції Бесселя, як можна показати, зводиться до:
/>. (17)
Рівняння (17) — трансцендентальне рівняння, рішення якого в межах діапазону зазначеного (15) будуть визначати дискретні постійні поширення для різноманітних направлених мод.
Тут треба визначити, що при більш точному наближенні слідувало б вирішити (5) в циліндричних полярних координатах для y (=EZ) і одержати Er (та Hr) і Ej (також і Hj) через EZ і HZ із замкнутих рівнянь Максвела шляхом переписання їх компонентів в циліндричних координатах. Після цього, вважаючи безперервність EZ(HZ) та Ej(Hj), які є тангенціальними компонентами, при заміні (16), результат в наступному трансцендентальному рівнянні для b був би:--PAGE_BREAK--
/>, (18)
де (') — диференціювання по аргументу функцій. Такий висновок (18) не включає будь-яких наближень в собі. Проте, якщо застосовуються слабко направлені умови, а саме Dв рівнянні (17)), таким чином підтверджуючи наші більш ранні припущення про те, що в слабко направлених волокнах моди практично лінійно поляризовані з електричним полем вздовж осей X та Y. Рівняння (17) — апроксимована форма точного рівняння (18) для певних постійних поширення різноманітних мод за умови D
2 Режими роботи оптичних волокон
Графік 1 показує залежність нормалізованих постійних поширення b від V, b визначається як:
/>, (19)
так що для спрямованих мод, умова (15) може бути переписана:
1³ b³ 0. (20)
На нижній межі b=0: b=kon2є тільки постійною поширення плоскої хвилі в невизначеному однорідному середовищі з індексом n2(нескінченно однорідному середовищі). За визначенням мода, як кажуть має відсічку, тобто припиняє поширюватися як направлена мода, якщо її b=kon2. При b=kon2, W стає рівним 0, також при b
b=kn2ÞW=0. (21)
/>
Рисунок 1 – Залежність відносної постійної розповсюдження b од V для різних LPlm мод: b=(b2/ k2— n22) / (n12— n22) і V=ak(n12— n22)0,5
Таким чином стає відомою умова відсічки моди. В межах W®0 для моди нижчого порядку (відповідає l=0), (17) показує, що частота відсічки (Vc) цієї моди дає перший корінь рівняння:
/>, (22)
в той час як для наступної моди, частота відсічки дала б перший корінь:
/>, (23)
де Vc представляє величину V при відсіканні моди (W=0 для відсічки моди, його параметри: U=V=VC). Так як нулі I1(x) та I(x), відповідно, мають місце при VС=0; 3.8317; 7.0456; і при VC=2.4048; 5.5201; 8.6537;…, моди, які мають VC=0; 2.4048; 3.8317;… відповідно позначаються як LP01, LP11; LP02…моди. Позначення LPlmвитікає з факту, що ці моди лінійно поляризовані. Індекс l позначає l-й порядок функції Бесселя, який визначає умову відсічки для відповідного порядку моди, що пов'язаний із азимутальною періодичністю, тоді як m (яке — також ціле число) визначає послідовні корені відповідної функції Бесселя. Фізично 1 представляє номер пучності або півцикла, в той час як m є числом радіальних пучностей в структурі поля моди. У прикладі були зображені модові структури двох LPlmмод порівняно високого порядку (рисунок 2) — у їх вигляді на фотографії. Тут можна визначити, що, на практиці, вкрай важко одержати експериментально моду відносно високого порядку, зокрема в багатомодовому волокні, і забезпечити її поширення вздовж волокна великої довжини. Все тому, що будь-яка мала неоднорідність вздовж довжини волокна (геометрична недосконалість, неоднорідність і т. п.) викликають перекачку енергії від однієї моди до інших при поширенні.
/>
Рисунок 2 – Схематичне представлення структури напруженості поля моди для мод: a – LP41та (б) LP82..
Внаслідок цього, коли багатомодове волокно збуджується, наприклад, He-Ne лазером, все, що спостерігається на вихідному кінці, представляє, по суті, суперпозицію різноманітних модових структур. Тільки в разі, якщо волокно настільки визначено, що його постійна V лежить в межах 0
0
Ця умова може бути використана для одержання проектних настанов, наприклад, вибору а та Dдля одержання одномодового стану при конкретному l. Тоді, щоб стримати втрати розсіяння на добавках в волокні у прийнятно низьких величинах, Dзвичайно не повинно перевищувати 0.003%, щоб задовольняти умові (24) для одномодового ефекту; діаметр серцевини (2а) треба зробити 4-6 мкм в першому поколінні довжин хвиль ~0.8 мкм, 8-10 мкм в 2-му і 3-му поколінні довжин хвиль ~1.3 мкм. Умова (24) також часто навпаки виражається через довжину хвилі відсічки, що визначається як:
/>. (25)
При будь-який l>>lCдля конкретного волокна, може підтримуватися тільки LP11мода, бо другий, більш високий порядок моди, а саме, LP11мода і всі наступні моди більш високого порядку будуть мати відсічку, тобто будуть відсутні в волокні. В цьому розумінні концепція lCдуже важлива, бо вибір lC, що реально диктується такими передумовами, як низькі втрати при передачі, якість ширини смуги пропускання в вікні довжин хвиль, довжина хвилі, на якій піки ефективності джерела та детектору співпадають і т. д. — максимально визначить а та D.
Для того, щоб одержати точне значення потужності, що переноситься різноманітними модами, треба, по суті, розрахувати z-компоненти вектору Пойнтінгу, зв'язані з кожною модою і проiнтегрувати їх по поперечному перетину волокна. Шляхом простої алгебри можливо показати, що в слабко направляючому волокні частини енергії (потужності), що переносяться спрямованою модою в серцевині та оболонці, будуть, відповідно:
hсердц=Pсердц / Ptotal =1-(U2/ V2)(1-k), (26)
hclad=Pclad / Ptotal= U2(1-k) / V2, (27)
де />.
Ці рівняння ясно показують, що далеко від відсічки поки W буде відносно великою величиною, більшість з спрямованої потужності буде розташовуватися в серцевині. З іншого боку біля відсічки, W
hcore@1-(1+l2)-0,5, (28)
hclad@(1+l2)-0,5. (29)
Таким чином, для мод з l=0 більшість потужності буде витікати через оболонку, що невірно для мод з l>>1.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Реклама на телевидении
Реферат Ревность и измены как феномены супружеской жизни
Реферат Romeo And Juliet Essay Research Paper Romeo 3
Реферат Роберт Оуэн - выдающийся английский социалист-утопист
Реферат Реальные группы концептуализация и эмпирический расчет
Реферат Религиозность современной молодежи
Реферат Рольові теорії особистості
Реферат Роль силы в ненасильственной борьбе
Реферат Рождаемость и брачность
Реферат 2. Процессор Размер кэша L2 не менее 1024 Кб Частота шины данных 800 мгц Тактовая частота не менее 2000 мгц Или Размер кэша L2 не менее 512 Кб Частота шины данных 800 мгц Тактовая частота не менее 2000 мгц
Реферат Граничары
Реферат Блокада Западного Берлина
Реферат Ріелторське агентство
Реферат Активное участие в разработке программы приняли отделы и комитеты Администрации городского округа город Салават республики Башкортостан и другие заинтересованные стороны. Цель и задачи программы
Реферат Разработка сайта "Магазин на диване"