Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Октября 2013 в 11:13, курсовая работа
Указанные выше достоинства оптического волокна как среды для передачи информационных сигналов позволяет сформулировать следующие преимущества волоконно-оптических систем связи:
1) В волоконно-оптических системах связи передаваемые сигналы не искажаются ни одной из форм внешних электронных, электромагнитных или радиочастотных помех.
2) Волоконно-оптическая связь более предпочтительна перед другими видами связи, когда одним из основных требований является безопасность ее работы в детонирующих, воспламеняющихся или электронебезопасных средах и условиях.
Введение…………………………………………………………………3
Выбор и обоснование трассы ВОЛП. Схема трассы………………..6
Определение необходимого числа каналов………………………….12
Расчет параметров оптического кабеля ……………………………..16
Выбор системы передачи………………………………………….......21
Выбор марки ОК, его эскиз и основные технические параметры….34
Расчет длины регенерационного участка……………………………..37
Разработка схемы организации связи на основе выбранной системы передачи………………………………………………………………….41
Смета на строительство линейных сооружений по укрупненным показателям и определение стоимости канало-километра линейных сооружений………………………………………………………………43
Расчет параметров надежности ВОЛП…………………………………47
Индивидуальное задание «Волоконно-оптические усилители»…….51
Заключение……………………………………………………………….69
Список используемых источников……………………………………..70
ВОУ применяются, как правило, на протяженных линиях, где передача происходит на длине волны 1,55 мкм. Для увеличения длины участка передачи применяются эрбиевые ВОУ. Рассмотрим их работу и характеристики.
В сердцевине стекловолокна
помещены ионы эрбия (Er 3+). Для накачки
ионов могут применяться
На длине волны 980 нм наблюдаются наименьшие шумы усиления, а на длине волны 1480 нм нет жестких требований к точности настройки. Оптический усилитель с накачкой на длине волны 1480 нм называют двухуровневым, а усилитель с накачкой на длине волны 980 нм - трехуровневым (рисунок 9).
Ионы эрбия возбуждаются за счет поглощения энергии волн генератора накачки (l Н). Они переходят с основного уровня на более высокие энергетические уровни, а затем безизлучательно снижаются (релаксируют) до метастабильного уровня. Одновременно на возбужденные атомы воздействует излучение сигнала l С, вызывающее стимулированное излучение на всей длине активного волокна.
Рисунок 9 Уровневая диаграмма переходов трехвалентного иона эрбия
Однако не все атомы взаимодействуют с излучением сигнала и спонтанно переходят на основной уровень за время примерно 10 мс. Спонтанная эмиссия фотонов порождает шум излучения, который тоже может усиливаться. При достаточно интенсивном входном сигнале с длиной волны l С спонтанное излучение в эрбиевом усилителе может быть подавлено. Характеристики поглощения и излучения атомами эрбия изображены на рисунке 10.
Рисунок 10 Характеристики поглощения и излучения атомов эрбия Er 3+, помещенных в сердцевину стекловолокна
Важнейшие характеристики волоконных усилителей приведены в таблице 2.
Таблица 2 Характеристики волоконных усилителей
Более полные сведения о характеристиках ВОУ и их измерении можно найти в литературе.
Для наглядности некоторые характеристики изображены на рисунках 11, 12, 13. Это зависимости усиления от длины активного волокна, мощности накачки и входного сигнала.
Рисунок 11 Усиление эрбиевого усилителя в зависимости от длины волокна и мощности накачки
Рисунок 12 Усиление эрбиевого усилителя в зависимости от длины волокна и мощности накачки
Рисунок 13 Усиление эрбиевого усилителя в зависимости от выходного сигнала
На рисунке 14 представлена схема оптического ретранслятора, основанного на эрбиевых усилителях.
Рисунок 14 Структурная схема оптического ретранслятора с эрбиевыми усилителями
В схеме оптического
ВОУ могут иметь большую
неравномерность амплитудно-
Примеры построения усилителя со сглаживанием АЧХ и расширением полосы усиливаемых частот приведены на рисунках 15, 16.
Рисунок 15 Структурная схема гибридного оптического усилителя с расширением полосы усиливаемых частот
Рисунок 16 Характеристика усиления гибридного усилителя (рамановское и эрбиевое с корректором)
На рисунке 17 представлена конструкция волоконного усилителя мощности для монтажа в составе модуля оборудования ВОСП.
Рисунок 17 Конструкция ВОУ
Оптические усилители на основе эффекта рассеяния
Известны два вида оптических усилителей, в которых усиление оптических колебаний происходит в результате рассеяния излучения накачки на атомах вещества, служащего основой светопровода. Усилители работают на основе эффектов Рамана и Мандельштамма – Бриллюэна, имеющих место в стеклянных волноводах при большой мощности накачки.
Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) или рамановское рассеяние может превратить волоконный световод в оптический усилитель с оптической накачкой. Усиление вследствие ВКР зависит от интенсивности (равной мощности накачки Pн, деленной на площадь модовой пятки А), длины взаимодействия L волны накачки и сигнальной волны и коэффициента усиления ВКР g.
В световоде с низкими потерями длина взаимодействия может составить более 1 км, что снижает требования по мощности накачки и коэффициенту усиления.
Величина коэффициента g зависит от присадок к стекловолокну таких, как бор, германий, фосфор. Для волокна на основе двуокиси кремния SiO2 величина коэффициента g при накачке 1,55 мкм представлена зависимостью на рисунке 18.
Из графика видно, что по уровню уменьшения усиления в два раза полоса частот усиления может быть около 5 ТГц при неравномерной характеристике усиления.
Усиление зависит и от длины волокна и от величины поглощения мощности в материале волокна.
Величина мощности Рн рассматривается усредненной за интервал времени передачи импульсного сигнала. Величина усиления не зависит от поляризации усиливаемого сигнала.
Реальные величины коэффициентов усиления рамановских усилителей могут принимать значения от 3…5 дБ до 20…35 дБ в зависимости от примесного состава стекловолокна и мощности накачки. Пример схемы усилителя рамановского типа приведен на рисунке 21. Особенность схемы это встречная по отношению к сигналу накачка от мощного лазерного диода (до 1 Вт).
Рисунок 19 Схема рамановского усилителя со встречной накачкой
В завершении необходимо отметить, что в практике возможно использование каскадного включения эрбиевого и рамановского усилителей с дополнительным фильтром-выравнивателем характеристики усиления в полосе до 100 нм (рисунок 18, 19). Такое включение существенно уменьшает величину шума усиленной спонтанной эмиссии ASE.
Характерной особенностью нелинейного оптического усилителя Рамана является образование спектральных компонентов. В частности разностная частота между частотами сигнала и накачки называется стоксовой компонентой.
Усилитель Рамана может быть использован для увеличения скорости передачи существующих линий с 2.5 Гбит/с до 40 Гбит/с. Широкополосность усилителя превышает 5 ТГц и полоса усиления может смещаться в зависимости от выбора оптической частоты накачки. Пример конструктивного исполнения модуля накачки усилителя Рамана приведен на рисунке 20.
Рисунок 20 Конструктив модуля накачки рамановского ВОУ
Схема оптических и электрических цепей модуля рамановского ВОУ представлена на рисунке 21.
Рисунок 21 Структура схемы накачки рамановского усилителя
Волоконный усилитель Бриллюэна (ВУБ) в основном схож по принципу действия с усилителем Рамана, за исключением того, что оптическое усиление обеспечивается стимулированным рассеянием Бриллюэна. ВУБ также накачивается оптически, и часть накачиваемой мощности передается сигналу через рассеяние. Физически каждый фотон накачки с энергией hx fH использует ее часть, чтобы создать фотон сигнала с энергией , hxfС в то время как фотон энергии возбуждает акустический фотон. Иначе говоря, волны накачки рассеиваются на акустической волне, движущейся через среду со скоростью звука.
Отличия от рамановского усиления:
-усиление имеет место только тогда, когда сигнал распространяется в направлении, противоположном лучу накачки;
-сдвиг частоты сигнала по отношению к частоте накачки меньше 10 ГГЦ, т.е. на три порядка меньше, чем у рамановского усилителя, и зависит от частоты накачки;
-спектр усиления узкий (полоса усиления менее 100 МГц).
Очень узкий усиливаемый спектр не позволяет применять этот тип усилителя в широкополосных системах передачи. Реальное усиление может достигать 20 ¸ 30 дБ при величине накачки около 1 мВт.
Заключение
В данном курсовом проекте был разработан проект строительства магистральной волоконно-оптической линии передачи между городами Омск и Тюмень. В проекте были рассмотрены вопросы строительства: прокладка кабеля с использованием кабелеукладчика, прокладка ОК в кабельной канализации связи, на переходах через автомобильные и железные дороги. На основе исходных данных было рассчитано необходимое число каналов, параметры оптического волокна. По рассчитанным параметрам мы выбрали тип оптического кабеля и тип аппаратуры. Также была приведена схема размещения регенерационных участков. В заключение всей курсовой работы была приведена смета на строительство и монтаж ВОЛС.
Список используемых источников:
Информация о работе Проект магистральной ВОЛП на участке г. Омск – г. Тюмень