волоконная оптика теория и практика дэвид бейли эдвин райт
Волоконная оптика теория и практика дэвид бейли эдвин райт
Physics.Math.Code запись закреплена
[1] Волоконная оптика. Теория и практика [2006] Дэвид Бейли, Эдвин Райт
[2] Рефлектометрия оптических волокон [2005] Листвин
[3] Руководство по технологии и тестированию систем WDM [2001] Жирар
[4] Волоконно-оптические линии связи [2006] Шарварко
[1] Волоконная оптика. Теория и практика [2006] Дэвид Бейли, Эдвин Райт
[2] Рефлектометрия оптических волокон [2005] Листвин
Книга представляет собой пособие для инженерно-технических работников, занимающихся строительством и эксплуатацией волоконно-оптических линий связи. В ней приведены характеристики оптических импульсных рефлектометров, характеристики современных типов одномодовых оптических волокон и описаны методики измерения основных параметров волокон, определяющих качество линии связи. Четкий и понятный язык, большое количество иллюстраций и численных примеров делает ее полезной не только для опытных специалистов, но и для студентов только начинающих знакомится с этой технологией.
[3] Руководство по технологии и тестированию систем WDM [2001] Жирар
Книга является хорошим введением в технологию и тестирование систем WDM для тех, кто знаком только с отдельными аспектами технологии и тестирования систем WDM и хотел бы пополнить и систематизировать свои знания в этой области. Она предназначена в первую очередь для инженеров, технических специалистов и научных работников в области телекоммуникационных технологий, которые хотели бы больше узнать о прикладных аспектах технологий WDM (Wavelength Division Multiplexing) и DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Книга может быть полезной как для производителей систем и компонентов WDM, так и системных интеграторов, занимающихся разработкой современных сетей связи, инсталляцией аппаратуры WDM, провайдеров услуг связи, операторов корпоративных сетей, а также для аспирантов и студентов соответствующих специальностей вузов.
[4] Волоконно-оптические линии связи [2006] Шарварко
Пособие содержит материал лекций, практических занятий, курсовой работы и вопросы к контрольным работам и экзаменам. Рассматриваются конструкции, принцип работы, параметры и методика расчетов различных типов волоконых световодов, оптические кабели,пассивные и активные устройства на основе планарных и полосковых оптических волноводов, источники, приемники, модуляторы и усилители оптического излучения,нелинейные эффекты в ВС, современные волоконо-оптические системы передачи информации с волновым спектральным уплотнением,вопросы монтажа и измерений в волоконо-оптических линиях связи, волоконо-оптические датчики.
Девид Бейли Эдвин Райт. Волоконная оптика. Теория и практика
Девид Бейли Эдвин Райт. Волоконная оптика. Теория и практика
Предисловие
Свет в стеклянной среде может переносить больше информации на большие расстояния, чем электрический сигнал в медной среде. Он также не подвержен электростатическим или электромагнитным влияниям. Данная книга дает всесторонний обзор принципов действия, производства и использования оптического волокна, с большим акцентом на вопросы установки и разрешения проблем применения.¶
Первым шагом в разработке волокна для использования в передаче данных было создание стекла настолько чистого, чтобы был сохранен один процент света в конце волокна длиной один километр, традиционное расстояние для телефонных систем на медной основе (без повторителей). При этом затухание составляет 20 дБ на километр (20 дБ/км). В течение 1960-х гг. исследователи во всем мире работали над этой проблемой, и прорыв произошел в 1970 г., когда ученые из Корнинга (Coming) д-р Морер (Dr. Maurer), д-р Кек (Dr. Keck) и д-р Шульц (Dr. Schultz) создали волокно с требуемыми параметрами затухания.¶
С тех пор с точки зрения производительности и применений технология стеклянных волокон чрезвычайно продвинулась.¶
Оптическое волокно широко используется в различных областях; назовем лишь немногие:¶
3
Теория волоконно-оптической передачи
Введение
В данной главе будет рассматриваться теория передачи информации по оптическим волокнам. Она детально освещает все теоретические аспекты волоконно-оптической передачи. Глава начинается с изложения фундаментальных концепций распространения света, затем переходит к более сложным проблемам распространения света в оптических волокнах.
Рассматриваемые вопросы включают фундаментальные принципы и основы математического представления распространения света по стеклянному волокну, моды распространения света, устройство волокна, возможности и ограничения волоконно-оптической передачи, процессы изготовления волокна и перспективы развития.
3.1. Фундаментальные принципы действия
3.1.1. Введение
Фундаментальным принципом, лежащим в основе связи посредством оптических волокон, является прохождение электромагнитной энергии по стеклянной трубке, как по туннелю от передатчика к приемнику. Стеклянная трубка действует подобно трубопроводу, передающему всю электромагнитную энергию из одной точки в другую. Электромагнитная энергия, использующаяся в этой системе передачи, располагается в зоне электромагнитного спектра, близкой к диапазону видимого света. Поэтому стекло является идеальной средой для передачи этой электромагнитной энергии, ибо свет проходит сквозь стекло с низким уровнем ослабления.
Рис. 3.1. Иллюстрация электромагнитной энергии, проходящей через стеклянный канал
3.1.2. Отражение, преломление и дифракция
Далее приводится краткий обзор некоторых фундаментальных физических принципов. Отражение, преломление и дифракция являются тремя главными явлениями, вызывающими изменение распространения электромагнитной волны (включая световое, радио-, рентгеновское, гамма-излучения и др.). Мы сосредоточимся на особенностях светового излучения.
Отражение
В этом случае луч света, проходящий сквозь среду с определенной плотностью, сталкивается со средой с плотностью, отличной от плотности среды, в которой он распространялся, и частично или полностью отражается от границы двух сред.
Преломление
В этом случае луч света полностью или частично проникает в среду с плотностью, отличной от плотности среды, в которой он до этого двигался, и незначительно изменяет свое направление по сравнению с направлением распространения в предыдущей среде. Небольшая часть энергии также отражается, как показано на рис. 3.3.
Дифракция
В этом случае луч света преодолевает препятствие и незначительно изменяет направление распространения в направлении препятствия. Сходное явление наблюдается, когда водная рябь сталкивается с торчащим выступом скалы или земли и, огибая его, незначительно меняет направление распространения в его сторону.
Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика. Теория и практика
Материал изложен в том порядке, какой существует в практике проектирования волоконно-оптических систем: от проектирования и выбора оборудования до тестирования готовых систем.
Приведенные в книге базовые принципы электротехники и электроники в концепции к излагаемому материалу, а также теория волоконно-оптической передачи, позволяют рекомендовать книгу, как учебное пособие для студентов вузов и различных курсов повышения квалификации инженеров-проектировщиков и монтажников.
Содержание.
Предисловие.
Введение.
История развития волоконной оптики.
Сравнение оптоволоконных и кабельных систем.
Полоса пропускания.
Помехи.
Электроизоляция.
Расстояния передачи.
Размер и вес.
Использование в огнеопасных газовых средах.
Информационная безопасность.
Множественные ветвления для локальных сетей.
Сращивание и соединители.
Оконечное оборудование.
Оборудование для проверки и тестирование (оптоволокно и кабели).
Определения и фундаментальные принципы.
Передача данных.
Передатчики, приемники и каналы связи.
Стандарты интерфейсов.
Кодирование.
Протоколы.
Типы каналов связи.
Аналоговые каналы связи.
Цифровые каналы связи.
Свойства каналов связи.
Измерение сигнала в каналах связи.
Затухание сигнала.
Полоса пропускания канала.
Шум.
Режимы передачи данных.
Направление потока сигналов.
Синхронизация сигналов цифровых данных.
Асинхронная передача.
Синхронная передача.
Свет.
Электромагнитные волны.
Фотоны.
Электромагнитный спектр.
Оптическая область спектра.
Снова о традиционных кабелях.
Типы кабелей.
Структура кабеля.
Факторы, влияющие на производительность традиционных кабелей.
Затухание.
Наводки.
Волновое сопротивление (characteristic impedance).
Коаксиальный кабель.
Компоненты коаксиального кабеля.
Соединители коаксиальных кабелей.
Одноканальная и многоканальная передача по коаксиальным кабелям.
Преимущества коаксиального кабеля.
Недостатки коаксиального кабеля.
Кабель с витой парой.
Компоненты кабеля с витой парой.
Экранированный кабель с витой парой (STP).
Неэкранированный кабель с витой парой (UTP).
Категории кабелей.
Требования к производительности.
Преимущества кабеля с витой парой.
Недостатки кабеля с витой парой.
Источники помех и шума в кабелях.
Электростатические наводки.
Индуктивные наводки.
Резистивные наводки.
Теория волоконно-оптической передачи.
Введение.
Фундаментальные принципы действия.
Введение.
Отражение, преломление и дифракция.
Показатель преломления.
Закон Снелла.
Внутреннее отражение.
Внешнее отражение.
Строение оптического волокна.
Отражение Френеля.
Природа передачи света стеклом.
Числовая апертура.
Модовое распространение в волокнах.
Введение.
Модовая дисперсия.
Число мод.
Исчезающие моды.
Профиль показателя преломления.
Многомодовые волокна со ступенчатым и плавным изменением показателей преломления.
Одномодовые волокна.
Сравнение скорости передачи данных и расстояний для различных типов волокна.
Стоимость.
Полоса пропускания.
Спектральное уплотнение.
Эффекты при передаче оптического сигнала.
Хроматическая дисперсия.
Потери из-за поглощения (Absorption losses).
Потери из-за рассеивания.
Потери из-за изгибов волокна.
Потери вследствие излучения.
Потери Френеля на соединениях.
Несоответствие размеров волокна и числовых апертур.
Другие потери.
Другие виды волокон.
Пластиковые волокна.
Ультрафиолетовые волокна.
Волокна в среднем инфракрасном диапазоне.
Поляризованные волокна.
Производство волокон.
Внутреннее осаждение в химических парах.
Внешнее осаждение в химических парах.
Осевое осаждение паров.
Протягивание с двойным тиглем.
Конструктивные элементы волоконно-оптического кабеля.
Введение.
вные цели конструкции кабеля.
Механическая защита.
Упрощение работы.
Защита от окружающей среды.
Полностью диэлектрические кабели (гальваническая изоляция).
Оценки растяжения волокон.
Структурные элементы кабеля.
Центральный компонент.
Компоненты усиления.
Металлические компоненты усиления.
Неметаллические компоненты усиления.
Волоконный футляр.
Конструкция со свободным буфером.
Конструкция свободной трубки.
Конструкция желобчатого сердечника.
Волокна с плотным буфером.
Ленточная конструкция кабеля.
Водоотталкивающий барьер.
Кожух кабеля.
Бронирование кабелей.
Классы волоконно-оптических кабелей.
Воздушный кабель.
Подземный кабель.
Подводные кабели.
Кабели для помещений.
Соединение волокон.
Введение.
Проблемы оптического соединения.
Поперечная невыравненность сердечников волокон.
Различия в диаметрах волокна.
Осевое смещение волокон.
Различия числовых апертур.
Отражение на конце волокон.
Отделение концов волокон.
Обработка концов и чистота волокон.
Резюме потерь соединения.
Подготовка концов волокон.
Подготовка стеклянных волокон.
Метод засечки и обламывания.
Обрезающий станок.
Метод шлифовки и полировки.
Подготовка пластиковых волокон.
Сращивание волокон.
Сращивание сваркой.
Процесс сращивания сваркой.
Механическое сращивание.
Коннекторы.
Свойства коннектора.
Общее строение коннектора.
Распространенные типы коннекторов.
Работа с коннекторами.
Косички.
Оптические соединители.
Оптические генераторы и детекторы.
Введение.
Источники света.
Светодиоды.
Строение.
Основные принципы работы светодиодов.
Геометрия светодиода.
Рабочие параметры.
Конструкции светодиодов.
Лазерные диоды.
Основные принципы действия лазеров.
Рабочие параметры.
Конструкции лазеров.
Достижения в лазерной технологии.
Модули оптического передатчика.
Вопросы безопасности лазеров.
Детекторы света.
p-i-n-фотодиоды.
Принципы действия.
Рабочие параметры.
Конструкция p-i-n-фотодиодов.
Лавинные фотодиоды.
Принципы действия.
Строение лавинного фотодиода.
Рабочие параметры.
Использование лавинных фотодиодов.
Модули приемников света.
Основные элементы приемника.
Усилители.
Оформление приемников.
Оптические усилители.
Волокна с присадками.
Полупроводниковые лазерные усилители.
Прокладка волоконно-оптических кабелей.
Введение.
Начальная подготовка к установке кабеля.
Обзор места.
Проектирование кабельной системы.
Общие правила и процедуры монтажа.
Радиус изгиба кабеля.
Натяжение кабеля.
Кабельные катушки.
Прокладка кабеля в лотках.
Прокладка в кабельных каналах.
Резерв кабеля.
Смазочные материалы.
Условия окружающей среды.
Прокладка кабелей в помещениях.
Прокладка кабелей вне помещений.
Другие методы прокладки.
Воздушная прокладка.
Вдуваемые волокна.
Соединительные панели, соединительные устройства и терминальные отсеки.
Соединительные панели.
Укрытие соединений.
Концевая заделка в коммутационных панелях и распределительных коробках.
Проектирование волоконно-оптической системы.
Введение.
Первоначальный анализ проекта.
Технология передачи данных.
Параметры передачи.
Будущий рост пропускной способности данных.
Надежность.
Выбор рабочей длины волны.
Выбор вида кабеля и маршрута прокладки.
Повторители и усилители.
Выбор передающего и принимающего оборудования.
Расчет проектных потерь сигнала.
Определение параметров.
Методика подсчета энергетического потенциала.
Пример расчетов.
Расчет проектной полосы пропускания.
Временная характеристика.
Временная характеристика всей системы.
Временная характеристика оптического волокна.
Временные характеристики передатчика и приемника.
Пример вычисления полосы пропускания.
Тестирование волоконно-оптических систем.
Введение.
Фундаментальные понятия оптических измерений.
Оптическая мощность.
Измерение мощности.
Оптическая и электрическая полоса пропускания.
Стандартные волоконно-оптические тесты.
Тестирование компонентов.
Проверка целостности.
Проверка вносимых потерь.
Оптические рефлектометры временных интервалов.
Холодный зажим.
Проверка частоты ошибок в битах.
Измерения временных интервалов (индикаторные диаграммы).
Другие волоконно-оптические тесты.
Измерение длины волны.
Измерение дисперсии.
Измерение полосы пропускания.
Измерение фазы.
Измерение поляризации.
Различные измерения.
Технологии, использующие оптические волокна.
Введение.
Системы связи.
Аналоговые системы.
Телевизионные модуляторы.
Кабельное телевидение.
Цифровые системы.
Подводные кабели.
Телевидение высокой четкости.
Применение в локальных сетях.
FOIRL.
BaseF.
Использование региональных и глобальных сетей.
SONET и SDH.
B-ISDN.
Асинхронный режим передачи (ATM).
Ретрансляция кадров.
Волоконный канал.
Датчики.
Датчики состояния окружающей среды.
Волоконно-оптические гироскопы.
Использование пучков волокон.
ссарий.
Практические занятия.
Предметный указатель.
Волоконная оптика теория и практика дэвид бейли эдвин райт
Свет в стеклянной среде может переносить больше информации на большие расстояния, чем электрический сигнал в медной среде. Он также не подвержен электростатическим или электромагнитным влияниям. Данная книга дает всесторонний обзор принципов действия, производства и использования оптического волокна, с большим акцентом на вопросы установки и разрешения проблем применения.
Первым шагом в разработке волокна для использования в передаче данных было создание стеклаг настолько чистого, чтобы был сохранен один процент света в конце волокна длиной один километр, традиционное расстояние для телефонных систем на медной основе (без повторителей). При этом затухание составляет 20 дБ на километр (20 дБ/км). В течение 1960-х гг. исследователи во всем мире работали над этой проблемой, и прорыв произошел в 1970 г., когда ученые из Корнинга (Corning) д-р Морер (Dr. Maurer), д-р Кек (Dr. Keck) и д-р Шульц (Dr. Schultz) создали волокно с требуемыми параметрами затухания.
С тех пор с точки зрения производительности и применений технология стеклянных волокон чрезвычайно продвинулась.
Оптическое волокно широко используется в различных областях; назовем лишь немногие:
• автомобильная промышленность;
• здравоохранение;
• воспроизведение изображений;
• освещение;
• машинное видение;
• микроскопия;
• ночное видение;
• управление транспортными потоками;
• передача данных;
• локальные сети.
Эта книга дает как новичку, так и опытному пользователю твердое понимание принципов и практической реализации применения волоконных кабелей в промышленных приложениях. После прочтения книги, мы надеемся, у вас будут:
• прочные знания в области волоконно-оптических систем связи;
• понимание современного положения в волоконно-оптической технологии и в практике развертывания систем связи;
• достаточный объем знаний для соединения и тестирования волоконно-оптических систем;
• знание нужных процедур по установке и оконцовыванию кабелей;
• знания для установки вашей собственной полностью работоспособной волоконно-оптической системы;
• интуитивное понимание новых подходов в разрешении проблем с волоконной оптикой. Эта книга предназначена для следующих категорий инженеров и техников:
• инженеров контрольно-измерительной аппаратуры;
• инженеров-электриков;
• проектировщиков и менеджеров;
• дизайнеров;
• инженеров и техников по телекоммуникациям;
• инженеров по управлению технологическими процессами;
• инженеров, техников и контролеров по техническому обслуживанию;
• инженеров-консультантов;
• системных программистов;
• электриков;
• электротехников и техников по измерительной аппаратуре.
Для понимания очерченных концепций будет полезно базовое знание принципов электротехники и электроники, но в книге рассматриваются также и основы, поэтому понимать ключевые понятия будет проще.
Материал в книге изложен последовательным образом для обеспечения логичного изложения предмета волоконной оптики. Он изложен также в том порядке, какой используется в проектировании волоконно-оптической системы передачи. Книга имеет следующую структуру.
Глава 1: Введение в волоконно-оптические системы. Эта глава представляет основы к содержанию книги, исторический обзор развития волоконно-оптической связи и сравнение технологий на медной основе и волокошо-оптической технологии.
Глава 2: Определения и фундаментальные принципы волоконно-оптических систем связи. Эта глава является введением в важные принципы и понятия электронной связи. Она также содержит краткий обзор различных видов медных кабелей и их рабочих характеристик.
Глава 3: Теория волоконно-оптической передачи. Эта глава обсуждает теорию, связанную с передачей информации по оптическим волокнам. В ней рассматриваются различные виды доступных волокон, параметры передачи, различные моды передачи и потери, связанные с оптическими волокнами.
Глава 4: Строение волоконно-оптического кабеля. Данная глава детализирует различные виды доступных волоконно-оптических кабелей и описывает их устройство. Излагаются подробные сведения по применению и окружению, в котором используется каждый вид конструкции кабеля.
Глава 5: Соединения и коннекторы. Эта глава предоставляет подробное описание различных видов коннекторов и соединений, которые используются с волоконно-оптическими кабелями, преимущества и недостатки каждого из них. Приведено также подробное практическое описание процесса соединения волоконно-оптических кабелей.
Глава 6: Оптические устройства. В этой главе обсуждаются теория и принципы действия оптических устройств, включая генераторы, детекторы, соединители, решетки (grates) и усилители. В ней представлены подробно различные виды доступных оптических устройств, их рабочие характеристики и ограничения.
Глава 7: Установка волоконно-оптических кабелей. Эта глава описывает различные способы, использующиеся для установки волоконно-оптических кабелей. В ней изложен практический подход к прокладке кабелей в различных условиях и выделяются возможные проблемы, с которыми можно столкнуться.
Глава 8: Проектирование волоконно-оптической системы. Эта глава представляет систематический практический подход к проектированию волоконно-оптической системы связи. В ней подробно обсуждается анализ как энергетического потенциала, так и бюджета полосы пропускания, а также предоставляется полезная информация об эффективном контроле расходов при реализации волоконно-оптических систем.
Глава 9: Тестирование волоконно-оптических систем. Эта глава описывает тесты, которые можно провести с оптическими волокнами, и объясняет, как проводить тестирование перед и после установки волоконно-оптических систем. Приведено также краткое описание измерения параметров волокна.
Глава 10: Технологии, использующие волоконную оптику. В этой главе кратко обсуждаются основные технологии и стандарты, использующие оптические волокна в качестве среды передачи.