Δίκτυα Τηλεπικοινωνιών. και Μετάδοσης

Transcript

1 Τεχνοογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πηροφορικής & Επικοινωνιών Δίκτυα Τηεπικοινωνιών και Μετάδοσης

2 Ίνες βηματικού δείκτη (step index fibres) Ίνα βηματικού δείκτη: απότομη (βηματική) μεταβοή του δείκτη διάθασης στη διαχωριστική επιφάνεια πυρήνα-περιβήματος]. Ίνες βηματικού δείκτη-ποαπού ρυθμού (σχήμα 8.13α): υπάρχει σημαντική παραμόρφωση όγω διασποράς. Σχήμα 8.13: Μορφή δείκτη διάθασης και μετάδοση οπτικών ακτίνων σε ίνες βηματικού δείκτη: α) Ίνα βηματικού δείκτη ποαπού ρυθμού (διάμετρος πυρήνα περίπου 50 μm). β) Ίνα βηματικού δείκτη απού ρυθμού (διάμετρος πυρήνα -10 μm). Ίνες βηματικού δείκτη-απού ρυθμού (σχήμα 8.13β): έχουν το πεονέκτημα της μη-παραμόρφωσης παμών φωτός (επειδή διαδίδεται μόνο ένας ρυθμός). Αποτέεσμα: μεγαύτερο εύρος ζώνης. Φαινόμενο διασποράς: η ταχύτητα διάδοσης των διαφόρων ρυθμών είναι διαφορετική και συνεπώς οι χρόνοι άφιξης των ρυθμών διάδοσης στο άο άκρο της ίνας είναι διαφορετικοί).

3 Ίνες βηματικού δείκτη (step index fibres) Σχήμα 8.13: Μορφή δείκτη διάθασης και μετάδοση οπτικών ακτίνων σε ίνες βηματικού δείκτη: α) Ίνα βηματικού δείκτη ποαπού ρυθμού (διάμετρος πυρήνα περίπου 50 μm). β) Ίνα βηματικού δείκτη απού ρυθμού (διάμετρος πυρήνα -10 μm). Οι ίνες ποαπού ρυθμού επιτρέπουν τη διάδοση ενός πεπερασμένου αριθμού ρυθμών διάδοσης. Ο αριθμός των ρυθμών που διαδίδονται, εξαρτάται από τις φυσικές παραμέτρους της ίνας (δείκτες διάθασης, ακτίνα πυρήνα) και τα μήκη κύματος του διαδιδόμενου φωτός. Οι ρυθμοί διάδοσης παύουν να διαδίδονται κάτω από μία συχνότητα, η οποία ονομάζεται κανονικοποιημένη συχνότητα αποκοπής V c. Ο αριθμός των ρυθμών διάδοσης M s σε μία ίνα βηματικού δείκτη δίνεται προσεγγιστικά από την σχέση: V M s (8.19) 3

4 Ίνες διαβαθμισμένου δείκτη (graded index fibres) Σχήμα 8.16: Διαδοχικές διαθάσεις που υφίσταται μία οπτική ακτίνα κατά την πρόσπτωσή της σε ποά στρώματα με δείκτες διάθασης που μειώνονται συνεχώς (ίνα διαβαθμισμένου δείκτη), με αποτέεσμα την καμπύωσή της. Οι ίνες διαβαθμισμένου δείκτη-ποαπού ρυθμού παρουσιάζουν πού μικρότερη διασπορά από τις ίνες βηματικού δείκτη-ποαπού ρυθμού, όγω του προφί του δείκτη διάθασής τους. 4

5 Ίνες βηματικού δείκτη Για μία κυινδρική οπτική ίνα, η παράμετρος V (αδιάστατο μέγεθος) ονομάζεται κανονικοποιημένη συχνότητα (normalised frequency) και ορίζεται ως εξής: π V = kρ( n 1 n ) (8.15) k = Αριθμητικό άνοιγμα NA = n0 sinθ = n1 n (8.8) α όπου ρ, η ακτίνα του πυρήνα. Από τις εξισώσεις (8.8) και (8.15), προκύπτει: π V = ρ( NA) (8.16) NA = n 0 sinθ α = n1 (8.9) Λαμβάνοντας υπόψη και την εξίσωση (8.9), προκύπτει: π V = ρ n 1 (8.17) 5

6 Ίνες διαβαθμισμένου δείκτη (graded index fibres) Οι παράμετροι που ορίστηκαν για οπτικές ίνες βηματικού δείκτη (ΝΑ, Δ, V) μπορούν να εφαρμοστούν και για ίνες διαβαθμισμένου δείκτη. Οι ίνες αυτές δέχονται ιγότερο φως από τις ίνες βηματικού δείκτη, για την ίδια σχετική διαφορά των δεικτών διάθασης Δ. Συνοικός αριθμός ρυθμών, Μ g που μπορούν να διαδοθούν σε ίνα διαβαθμισμένου δείκτη: M g = a a + ( kρn ) Από την εξίσωση (8.17) θέτοντας k=π/, προκύπτει: V 1 = kρ n 1 (8.1) (8.) Λύνοντας την (8.) ως προς kρn 1 και αντικαθιστώντας στην (8.1) προκύπτει: a V = a + M g (8.3)

7 Ίνες απού ρυθμού (single mode fibres) Για να διαδοθεί ένας μόνο ρυθμός σε μία ίνα, θα πρέπει αυτή να είναι κατάηα κατασκευασμένη, ώστε όοι οι άοι ρυθμοί να εξασθενούν. Αυτό επιτυγχάνεται με την κατάηη επιογή της κανονικοποιημένης συχνότητας V της ίνας. Για τη διάδοση ενός μόνο ρυθμού σε ίνες βηματικού δείκτη-απού ρυθμού, η κανονικοποιημένη συχνότητα αποκοπής V c πρέπει να είναι V c =,405 και η ακτίνα του πυρήνα πρέπει να είναι πού μικρότερη της αντίστοιχης ακτίνας των ινών βηματικού δείκτη ποαπού ρυθμού. Οι ίνες διαβαθμισμένου δείκτη μπορούν επίσης να σχεδιαστούν για ειτουργία απού ρυθμού και στην περίπτωση αυτή η κανονικοποιημένη συχνότητα αποκοπής Vc δίνεται ως: V c, a = (8.4) 7

8 Ίνες απού ρυθμού (single mode fibres) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο : Η ειτουργία απού ρυθμού μπορεί να συμβεί μόνο πάνω από μία συγκεκριμένη τιμή του μήκους κύματος (μήκος κύματος αποκοπής c ) και προκύπτει από τη σχέση (8.17): c = 1 πρn V c (8.5) Το c είναι το μήκος κύματος πάνω από το οποίο μία συγκεκριμένη ίνα ειτουργεί σε από ρυθμό. Διαιρώντας τις εξισώσεις (8.5) και (8.17) αμβάνουμε: c = V V c Για ίνα βηματικού δείκτη όπου V c =,405, το μήκος κύματος αποκοπής δίνεται ως: c = V,405 (8.6) (8.7) 8

9 Άσκηση 17η Μία κυινδρική οπτική ίνα ποαπού ρυθμού βηματικού δείκτη έχει διάμετρο πυρήνα 80 μm, σχετική διαφορά δεικτών διάθασης 1,5% και ειτουργεί σε μήκος κύματος 0,85 μm. Αν ο δείκτης διάθασης του πυρήνα της ίνας είναι 1,48 να υποογιστούν: α) Η κανονικοποιημένη συχνότητα της ίνας. β) Ο αριθμός των ρυθμών διάδοσης στην ίνα. 9

10 Άσκηση 18η Μία κυινδρική οπτική ίνα διαβαθμισμένου δείκτη διάθασης με παράμετρο προφί α=, έχει διάμετρο πυρήνα ίση με 50 μm και αριθμητικό άνοιγμα 0,. Nα υποογιστεί ο συνοικός αριθμός των ρυθμών διάδοσης στην ίνα, όταν αυτή ειτουργεί σε μήκος κύματος 1 μm. 10

11 Άσκηση 19 Μία κυινδρική οπτική ίνα βηματικού δείκτη διάθασης έχει σχετική διαφορά δεικτών διάθασης 1,5%, δείκτη διάθασης πυρήνα 1,48 και ειτουργεί σε μήκος κύματος 0,85 μm. Να υποογιστούν: α) Η μέγιστη διάμετρος του πυρήνα της ίνας, για ειτουργία απού ρυθμού. β) Η μέγιστη διάμετρος του πυρήνα της ίνας για ειτουργία απού ρυθμού, όταν η σχετική διαφορά δεικτών διάθασης εαττώνεται κατά έναν παράγοντα ίσο με