ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫВОЛОКОННОЙ ОПТИКИ
Методические указания к домашней работе тему: «Расчёт параметров многомодового волоконного световода для оптического кабеля связи»
Специальность 200204
МОСКВА 2010 г.
1. Цель и задачи домашней работы:
Цель домашней работы – закрепление знаний по разделам лекций:
& Введение. Основы передачи информации по волоконным световодам. Передаточные и оптические параметры волоконных световодов.
& Получение практических навыков по расчету параметров многомодового волоконного световода со ступенчатым профилем показателя преломления (задание 1) и градиентным профилем показателя преломления (задание 2) для оптического кабеля связи.
Задание 1.
По исходным данным (см. табл.4) произвести расчет параметров многомодового волоконного световода со ступенчатым профилем показателя преломления для оптического кабеля связи для двух типов источников излучения. Дать определения параметрам световода и установить их взаимосвязь.
Задание 2.
По исходным данным (см. табл.4) произвести расчет параметров многомодового волоконного световода с градиентным профилем показателя преломления для оптического кабеля связи для двух типов источников излучения. Дать определения
параметрам световода и установить их взаимосвязь
Задание 3.
Оформить расчетные данные для обоих типов волоконных световодов в виде таблицы и сделать выводы о влиянии типа источника излучения и профиля показателя преломления волоконного световода на передачу информации по оптическому кабелю связи.
Пример варианта задания 1 (профиль показателя преломления 
)
Исходные данные: материал 
; сердечник 
; оболочка 
; показатели преломления 
, 
; длина волны 
, 
; длина линии (бухты) 
.
Таблица 1
| № | Наименование параметра и его обозначение | Выражение для рассчета параметра | Размер-ность | Рассчитанная величина параметра для приведенных исходных данных |
 ; нормированная разность показателей преломления
| 
| - | 0,0263 | |
 ; числовая апертура
| 
| - | 0,3441 | |
 ; нормированная частота
| 
| - | 
| |
 ; входная угловая апертура световода
| 
| град | 20°8´ | |
 ; число волн (мод)
| 
| - | 
| |
 ; критическая частота
| 
| Гц | 
| |
 ; критическая длина волна
| 
| мкм | 38,2 | |
 ; потери энергии на поглощение (  ;  )
| 
| 
| 
| |
 ; потери на рассеяние
| 
|
| 
| |
 ; общие потери
| 
|
| 
| |
 ; дисперсия ступенчатого световода
| 
| 
| 526 | |
 ; полоса пропускания
| 
| МГц | 1,9 | |
  
| n1n1 n2 n2 ступенчатые оптические волокна |
Пример варианта задания 2 (профиль показателя преломления 
)
Исходные данные: материал ; сердечник ; оболочка ; показатели преломления , 
; длина волны , ; длина линии (бухты) .
Таблица 2
| № | Наименование параметра и его обозначение | Выражение для расчета параметра | Размер-ность | Рассчитанная величина параметра для приведенных исходных данных |
| ; нормированная разность показателей преломления
| 
| - | 0,0263 | |
 ; числовая апертура на оси световода
| 
| - | 0,3441 | |
| ; нормированная частота
| 
| - | 
| |
| ; максимальная входная угловая апертура на оси световода
| 
| град | 20°8´ | |
| ; число волн (мод)
| 
| - | 
| |
| ; критическая частота
| 
| Гц |
| |
| ; критическая длина волна
| 
| мкм | 27 | |
| ; потери энергии на поглощение ( ; )
|
| 
|
| |
; потери на рассеяние
|
|
|
| |
| ; общие потери
|
|
| 
| |
 ; дисперсия градиентного световода
| 
| 
| 6,92 | |
 ; полоса пропускания
| 
| МГц | 144,51 | |
| n1 n2 градиентное оптическое волокно |
|
Распространение света в волоконном световоде:
Рис. 1
Рис. 2
Расчет параметров многомодового волоконного световода со ступенчатым профилем показателя преломления для оптического кабеля
1. Определим нормированную разность показателя преломления ∆, влияющую на дисперсию световода (см пп. 10 и пп. 12):
(1)
∆ =(1,52 – 1,462) / 2·1,52 = 0,0263.
2. Определим числовую апертуру NА, которая определяет требования кисточникам излучения и влияющую на нормированную частоту (см. пп. 3), критическую частоту (см. пп. 5) и критическую длину волны (см. пп. 6):
(2)
qA max = arcsin NA = arcsin (0,3441) = 20° 8¢,
где qA max – максимально возможный угол ввода лучей на торец световода, когда все моды волоконного световода будут входить в сердцевину – апертурный угол.
И так далее в соответствии с заданием 1.