Книга: Цуканов В. Н., Яковлев М. Я. «Волоконно-оптическая техника. Практическое руководство»

Рассмотрена отечественная волоконно-оптическая компонентная база, предназначенная для жестких условий эксплуатации. Приведены основные технические характеристики, а также методы их измерения, оптических волокон, волоконно-оптических кабелей, оптических соединителей, объединителей, разветвителей, переключателей, пассивных и активных волоконно-оптических линий задержки, дискретных передающих и приемных оптоэлектронных модулей, оптических трансиверов и ретрансляторов.
Предложены методы контроля параметров безотказности волоконно-оптических компонентов с учетом их принципиальных отличий от электронных компонентов.
Книга содержит практические рекомендации по построению традиционных и оригинальных цифровых волоконно-оптических систем передачи (ВОСП), оптических концентраторов, коммутаторов, медиаконверторов, автономных источников питания узлов подводных ВОСП, волоконно-оптических систем распределения СВЧ сигналов, волоконно-оптических фазовращателей, активных волоконно-оптических линий задержки, оптоэлектронных генераторов СВЧ диапазона, оптоэлектронных АЦП и ЦАП.
Книга рассчитана на широкий круг читателей: студентов, инженерно-технических работников, ученых, интересующихся данной тематикой и профессионально связанных с разработкой или эксплуатацией волоконно-оптической техники.

Содержание:

Введение...... 3 Глава 1. Волоконно-оптическая компонентная база...... 5 1. 1 Общие сведения...... 5 1. 2 Оптические волокна...... 5 1. 2. 1 Общие сведения...... 5 1. 2. 2 Геометрические характеристики...... 6 1. 2. 3 Погонное затухание...... 8 1. 2. 4 Длина волны отсечки...... 8 1. 2. 5 Хроматическая дисперсия и длина волны нулевой дисперсии...... 10 1. 2. 6 Числовая апертура...... 11 1. 2. 7 Полоса пропускания...... 11 1. 2. 8 Поляризационная модовая дисперсия...... 12 1. 2. 9 Типы оптических волокон...... 12 1. 2. 10 Перспективы производства оптических волокон в России...... 13 1. 2. 10. 1 История освоения производства оптических волокон и кабелей в России...... 13 1. 2. 10. 2 Перспективы освоения производства оптических волокон и кабелей в России...... 17 1. 3 Оптические кабели...... 18 1. 3. 1 Общие сведения...... 18 1. 3. 2 Оптиче ские модули...... 19 1. 3. 2. 1 Модули со свободной укладкой волокон...... 19 1. 3. 2. 2 Модули с плотной упаковкой волокон...... 19 1. 3. 2. 3 Ленточные модули...... 20 1. 3. 3 Силовой сердечник...... 20 1. 3. 4 Защитные покровы и силовые элементы защитных покровов...... 20 1. 3. 5 Наружная оболочка...... 21 1. 3. 6 Основные параметры и характеристики...... 22 1. 3. 7 Основные типы оптических кабелей...... 22 1. 3. 8 Монтажные и бортовые оптические кабели типа ОК-МС 06, ОК-БС 06, ОК-БС 06 Е...... 22 1. 3. 9 Бортовые оптические кабели типа ОК-БС 08, ОК-БС 09...... 24 1. 3. 10 Бортовой оптический кабель типа ОК-БС 10...... 24 1. 3. 11 Термостойкий бортовой оптический кабель типа ОК-БС 11...... 25 1. 3. 12 Термостойкий бортовой оптический кабель типа ОК-БС 12...... 26 1. 3. 13 Монтажный оптический кабель типа ОК-МС 09...... 26 1. 3. 14 Монтажный оптический кабель типа ОК-МС 11...... 27 1. 3. 15 Монтажные оптические кабели типа ОК-МС 14 и ОК-МС 16...... 28 1. 3. 16 Термостойкий монтажный оптический кабель типа ОК-МС 17...... 28 1. 3. 17 Кабель оптический специальный ОКЦ-О-3 Е 1...... 29 1. 3. 18 Кабели оптические полевые ОК-ПН-04(06)-0, 7-2 и ОК-ПН-03(05)-0, 7-2...... 30 1. 4 Компоненты волоконно-оптических систем передачи...... 31 1. 4. 1 Общие сведения...... 31 1. 4. 2 Пассивные оптические компоненты...... 32 1. 4. 2. 1 Оптические соединители...... 32 1. 4. 2. 1. 1 Общие сведения...... 32 1. 4. 2. 1. 2 Основные параметры разъемных оптических соединителей...... 36 1. 4. 2. 1. 2. 1 Конструктивно-технологические параметры...... 36 1. 4. 2. 1. 2. 2 Параметры передачи...... 36 1. 4. 2. 1. 2. 2. 1 Вносимые оптические потери...... 37 1. 4. 2. 1. 2. 2. 2 Потери на отражение...... 42 1. 4. 2. 1. 2. 2. 3 Динамическая нестабильность оптических вносимых потерь...... 44 1. 4. 2. 1. 2. 2. 4 Переходное затухание на ближнем и дальнем концах (для многополюсных оптических соединителей)...... 45 1. 4. 2. 1. 2. 2. 5 Нестабильность оптических вносимых потерь оптического вращающего перехода при взаимном вращении соединяемых оптических наконечников...... 45 1. 4. 2. 1. 3 Отечественные разъемные оптические соединители для жестких условий эксплуатации...... 47 1. 4. 2. 1. 3. 1 Оптические соединители по ТУ 6665-001-41085936-96...... 47 1. 4. 2. 1. 3. 2 Оптические соединители по ТУ 6665-001-11651143-2001...... 51 1. 4. 2. 1. 3. 3 Оптические соединители по ТУ 6665-011-41085936-2008...... 58 1. 4. 2. 1. 3. 4 Оптические соединители по ТУ 6665-016-41085936-2009...... 61 1. 4. 2. 2 Оптические разветвители и объединители...... 65 1. 4. 2. 2. 1 Общие сведения...... 65 1. 4. 2. 2. 2 Области применения оптических разветвителей и объединителей...... 66 1. 4. 2. 2. 2. 1 Применение оптических разветвителей для «горячего» резервирования в аналоговых и цифровых волоконно-оптических системах передачи...... 67 1. 4. 2. 2. 2. 2 Применение оптических разветвителей и объединителей в цифровых волоконно-оптических системах передачи для уплотнения передаваемой информации...... 67 1. 4. 2. 2. 2. 2. 1 Применение оптических мультиплексоров и демультиплексоров в волоконно-оптических системах передачи со спектральным уплотнением...... 67 1. 4. 2. 2. 2. 2. 2 Применение оптических мультиплексоров и демультиплексоров в волоконно-оптических системах передачи с временным уплотнением...... 68 1. 4. 2. 2. 2. 2. 3 Применение оптических разветвителей в пассивных оптических сетях доступа...... 74 1. 4. 2. 2. 2. 2. 4 Применение оптических разветвителей и объединителей в оптических концентраторах...... 74 1. 4. 2. 2. 2. 3 Применение оптических разветвителей и объединителей в аналоговых системах передачи...... 76 1. 4. 2. 2. 3 Основные параметры оптических разветвителей и объединителей...... 79 1. 4. 2. 2. 3. 1 Конструктивно-технологические параметры...... 79 1. 4. 2. 2. 3. 2 Параметры передачи...... 79 1. 4. 2. 2. 3. 2. 1 Рабочий диапазон длин волн...... 79 1. 4. 2. 2. 3. 2. 2 Оптические вносимые потери...... 80 1. 4. 2. 2. 3. 2. 3 Оптические избыточные потери...... 80 1. 4. 2. 2. 3. 2. 4 Коэффициент передачи между оптическими полюсами на дальнем конце...... 80 1. 4. 2. 2. 3. 2. 5 Переходное затухание на ближнем и дальнем концах...... 80 1. 4. 2. 2. 3. 2. 6 Неравномерность коэффициента передачи между оптическими полюсами...... 80 1. 4. 2. 2. 3. 2. 7 Интервал частот (или длин волн) оптических сигналов на входных оптических полюсах оптического спектрального мультиплексора и демультиплексора...... 80 1. 4. 2. 2. 3. 2. 8 Скорость передачи сигнала на выходном полюсе оптического временного мультиплексора и на входном полюсе оптического временного демультиплексора...... 81 1. 4. 2. 2. 4 Оптические разветвители и объединители для жестких условий эксплуатации...... 82 1. 4. 2. 2. 4. 1 Одномодовые разветвители и объединители, изготавливаемые по ТУ 6665-018-41085936-2006...... 84 1. 4. 2. 2. 4. 2 Многомодовые оптические спектральные мультиплексоры и демультиплексоры, изготавливаемые по ТУ 6665-018-41085936-2006...... 86 1. 4. 2. 3 Волоконно-оптические линии задержки...... 88 1. 4. 2. 3. 1 Общие сведения...... 88 1. 4. 2. 3. 2 Волоконно-оптическая линия задержки МЛЗ-5-FC/APC...... 88 1. 4. 2. 3. 3 Элемент задержки ЭЗ-2, 0...... 89 1. 4. 2. 4 Оптические переключатели и коммутаторы...... 90 1. 4. 2. 4. 1 Общие сведения...... 90 1. 4. 2. 4. 2 Электромеханические оптические переключатели...... 90 1. 4. 2. 4. 3 Электрооптические переключатели...... 91 1. 4. 2. 4. 4 Другие типы оптических переключателей...... 92 1. 4. 2. 5 Условные обозначения типов пассивных компонентов...... 93 1. 4. 2. 5. 1 Условные обозначения неразъемных оптических соединителей...... 93 1. 4. 2. 5. 2 Условные обозначения разъемных оптических соединителей...... 94 1. 4. 2. 5. 3 Условные обозначения оптических разветвителей, объединителей, мультиплексоров, демультиплексоров...... 94 1. 4. 2. 5. 4 Условные обозначения оптических переключателей или коммутаторов...... 95 1. 4. 2. 5. 5 Условные обозначения волоконно-оптических линий задержки...... 95 1. 4. 2. 6 Вопросы надежности пассивных оптических компонентов для волоконно-оптических систем передачи информации...... 95 1. 4. 2. 6. 1 Оценка долговечности пассивных волоконно-оптических компонентов...... 95 1. 4. 2. 6. 2 Контроль безотказности пассивных компонентов волоконно-оптических систем передачи...... 97 1. 4. 2. 6. 2. 1 Особенности волоконно-оптических компонентов по сравнению с электронными компонентами...... 97 1. 4. 2. 6. 2. 2 Выбор нулевой гипотезы для наработок до отказа волоконно-оптических компонентов...... 99 1. 4. 2. 6. 2. 3 Особенности планирования испытаний на соответствие требований безотказности пассивных компонентов ВОСП...... 103 1. 4. 2. 6. 2. 4 Оптимальное планирование нормальных испытаний...... 104 1. 4. 2. 6. 2. 5 Расчет объема выборки и продолжительности испытаний...... 104 1. 4. 2. 6. 2. 6 Определение параметров распределения Вейбулла...... 106 1. 4. 2. 6. 2. 7 Определение параметров нормального распределения...... 107 1. 4. 2. 6. 2. 8 Определение параметров логарифмически нормального распределения...... 108 1. 4. 2. 6. 2. 9 Особенности проверки адекватности нулевой гипотезы...... 108 1. 4. 2. 6. 2. 10 Расчет вероятности безотказной работы компонентов за наработку в течение Ту, если наработки до отказа распределены по закону Вейбулла...... 109 1. 4. 2. 6. 2. 11 Расчет вероятности безотказной работы компонентов за наработку в течение Ту, если наработки до отказа распределены по нормальному закону...... 109 1. 4. 2. 6. 2. 12 Расчет вероятности безотказной работы компонентов за наработку в течение Ту, если наработки до отказа распределены по логарифмически нормальному закону...... 111 1. 4. 2. 6. 2. 13 Порядок вычисления Р(Тг} методом множительной оценки...... 111 1. 4. 3 Активные оптические компоненты...... 112 1. 4. 3. 1 Передающие и приемные оптоэлектронные модули...... 113 1. 4. 3. 1. 1 Общие сведения...... 113 1. 4. 3. 1. 2 Дискретные передающие и приемные оптоэлектронные модули...... 112 1. 4. 3. 1. 2. 1 Аналоговые дискретные передающие и приемные оптоэлектронные модули...... 112 1. 4. 3. 1. 2. 2 Цифровые дискретные передающие и приемные оптоэлектронные модули...... 115 1. 4. 3. 1. 2. 2. 1 Цифровые дискретные передающие оптоэлектронные модули ПОМ-26...... 116 1. 4. 3. 1. 2. 2. 2 Цифровые дискретные приемные оптоэлектронные модули ПРОМ-14...... 120 1. 4. 3. 1. 3 Оптические трансиверы...... 123 1. 4. 3. 1. 3. 1 Оптические трансиверы типа 1 х 9...... 123 1. 4. 3. 1. 3. 2 Оптические трансиверы SFF типа 2 х 5 и GBIC...... 126 1. 4. 3. 1. 3. 3 Оптические трансиверы SFP...... 126 1. 4. 3. 1. 3. 4 Оптические трансиверы XFP...... 130 1. 4. 3. 2 Активные волоконно-оптические линии задержки...... 131 1. 4. 3. 2. 1 Общие сведения...... 131 1. 4. 3. 2. 2 Аналоговая волоконно-оптическая линия задержки типа ФКЯИ. 203731. 010...... 131 1. 4. 3. 2. 3 Аналоговая волоконно-оптическая линия задержки ВОЛЗА-120...... 132 1. 4. 3. 3 Оптические ретрансляторы...... 133 1. 4. 3. 3. 1 Общие сведения...... 133 1. 4. 3. 3. 2 Ретрансляторы уровня 1R...... 133 1. 4. 3. 3. 2. 1 Эрбиевые волоконные усилители...... 134 1. 4. 3. 3. 2. 1. 1 Эрбиевые оптические усилители типа БТЬ-НА 5900...... 135 1. 4. 3. 3. 2. 1. 2 Подводные эрбиевые оптические усилители НТО «ИРЭ-Полюс»...... 136 1. 4. 3. 3. 2. 2 Рамановские волоконные усилители...... 136 1. 4. 3. 3. 2. 3 Ретрансляторы уровня 2R, 3R и оптические волновые конвертеры...... 137 1. 4. 3. 4 Оптические модуляторы...... 138 1. 4. 3. 4. 1 Общие сведения...... 138 1. 4. 3. 4. 2 Электрооптические модуляторы...... 139 1. 4. 3. 4. 3 Магнитооптические модуляторы...... 140 1. 4. 3. 4. 4 Акустооптические модуляторы...... 140 1. 4. 3. 4. 5 Интегрально-оптические модуляторы...... 140 Глава 2. Опыт проектирования волоконно-оптических систем передачи...... 141 2. 1 Терминология, классификация волоконно-оптических систем передачи...... 141 2. 2 Вопросы проектирования аналоговых волоконно-оптических систем передачи...... 142 2. 2. 1 Температурная стабилизация рабочей точки лазерного диода...... 143 2. 2. 2 Использование оптических изоляторов в аналоговых ВОСП...... 145 2. 2. 3 Шумовые параметры аналоговых ВОСП...... 147 2. 2. 4 Влияние дисперсии времени распространения оптического излучения в оптическом волокне...... 149 2. 3 Вопросы проектирования цифровых волоконно-оптических систем передачи...... 152 2. 3. 1 Введение...... 152 2. 3. 2 Специфика проектирования цифровых объектовых ВОСП...... 152 2. 3. 2. 1 Анализ технологий и интерфейсов цифровых объектовых ВОСП...... 152 2. 3. 2. 1. 1 CAN...... 153 2. 3. 2. 1. 2 AS-Interface...... 153 2. 3. 2. 1. 3 FOUNDATION fieldbus и PROFIBUS-PA...... 153 2. 3. 2. 1. 4 MIL-STD-1553B...... 154 2. 3. 2. 1. 5 IEEE 1394 (Firewire)...... 155 2. 3. 2. 1. 6 Fiber Distributed Data Interface (FDDI)...... 155 2. 3. 2. 1. 7 Fibre Channel (FC)...... 156 2. 3. 2. 1. 8 Asynchronous Transfer Mode (ATM)...... 156 2. 3. 2. 1. 9 Промышленный Ethernet...... 156 2. 3. 2. 2 Заключение...... 160 2. 3. 2. 3 Простые концентраторы сети Fast Ethernet...... 161 2. 3. 2. 3. 1 Построение концентратора на базе микросхемы LXT983...... 161 2. 3. 2. 3. 2 Нетрадиционные подходы к построению схемы концентратора...... 163 2. 3. 2. 4 Коммутаторы сети Gigabit Ethernet...... 166 2. 3. 2. 5 Медиаконвертеры...... 169 2. 3. 2. 5. 1 Построение медиаконвертеров с применением микросхем трансиверов...... 170 2. 3. 2. 5. 2 Построение медиаконвертеров с применением микросхем коммутаторов...... 170 2. 3. 2. 5. 3 Построение медиаконвертеров с применением оптических трансиверов...... 171 2. 3. 3 Специфика проектирования магистральных сегментов ВОСП...... 174 2. 3. 3. 1 Введение...... 174 2. 3. 3. 2 Планирование магистральной ВОСП...... 176 2. 3. 3. 3 Обзор телекоммуникационного оборудования...... 178 2. 3. 3. 3. 1 Мультиплексоры SDH группы компаний «Натекс»...... 178 2. 3. 3. 3. 2 Мультиплексоры SDH ООО «Кьютэк»...... 180 2. 3. 3. 3. 3 Мультиплексоры SDH ОАО «Супертел»...... 180 2. 3. 3. 3. 4 Мультиплексоры SDH Ericsson...... 180 2. 3. 3. 3. 5 Оборудование Cisco System...... 180 2. 3. 4 Специфика проектирования подводных ВОСП...... 185 2. 3. 4. 1 Расчет ретрансляционных участков...... 185 2. 3. 4. 1. 1 Расчет длины ретрансляционных участков ограниченных затуханием...... 186 2. 3. 4. 1. 2 Расчет длины ретрансляционных участков ограниченных дисперсией...... 188 2. 3. 4. 2 Расчет максимального количества последовательно включенных оптических усилителей...... 189 2. 3. 4. 3 Расчет электропитания...... 190 2. 3. 4. 3. 1 Обзор автономных источников электропитания...... 191 2. 3. 4. 3. 2 Расчет электропитания по медным жилам кабеля...... 192 2. 3. 4. 4 Анализ вариантов построения DC/DC преобразователей...... 195 2. 3. 4. 4. 1 Построение преобразователя с применением пьезотрансформаторов...... 195 2. 3. 4. 4. 2 Построение DC/DC преобразователя с применением емкостных накопителей энергии...... 196 2. 3. 4. 4. 3 Построение DC/DC преобразователя на полупроводниковых инверторах...... 201 2. 3. 4. 4. 4 Заключение...... 202 2. 3. 5 Вопросы тестирования узлов цифровых ВОСП...... 202 2. 3. 5. 1 Оборудование, проверяемые параметры...... 203 2. 3. 5. 2 Проверка пропускной способности канала передачи фрагмента сети Fast Ethernet...... 207 2. 3. 5. 3 Проверка пропускной способности канала передачи фрагмента сети Gigabit Ethernet...... 212 2. 3. 5. 4 Проверка параметра ошибок по битам канала передачи фрагментов сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet...... 215 2. 3. 6 Нетрадиционные подходы к построению цифровой ВОСП...... 216 2. 3. 6. 1 Традиционный подход к построению цифровой ВОСП...... 216 2. 3. 6. 2 Символьный метод передачи цифровой информации...... 216 2. 3. 6. 3 Метод комбинированного спектрального и временного уплотнения...... 217 2. 3. 6. 4 Кластерный метод передачи цифровых данных...... 223 2. 4 Надежность ВОСП...... 230 Глава 3. Опыт проектирования измерительных преобразователей волоконно-оптических датчиков...... 233 3. 1 Терминология и классификация...... 233 3. 2 РВОД использующие эффект рассеяния Мандельштама-Бриллюэна...... 234 3. 2. 1 Эффект рассеяния Мандельштама-Бриллюэна...... 234 3. 2. 2 Эффект вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна...... 235 3. 2. 3 Влияние деформаций и температуры на спектр рассеяния Мандельштама-Бриллюэна...... 236 3. 2. 4 Метрологические характеристики при измерении деформаций и температуры по спектру рассеяния Мандельштама-Бриллюэна...... 236 3. 2. 5 Методы построения РВОД на основе эффекта рассеяния Мандельштама-Бриллюэна...... 238 3. 2. 5. 1 Метод измерения усиления/ослабления...... 238 3. 2. 5. 2 Метод оптической рефлектометрии...... 239 3. 3 РВОД использующие эффект рамановского рассеяния...... 243 3. 3. 1 Теория эффекта рамановского рассеяния...... 243 3. 3. 2 Методы построения РВОД на основе эффекта рамановского рассеяния...... 245 3. 4 Квази РВОД для измерения распределения температуры...... 247 3. 5 Квази РВОД для измерения превышения заданного уровня деформации...... 251 Глава 4. Опыт проектирования изделий радиофотоники...... 255 4. 1 Общие сведения...... 255 4. 2 Компонентная база радиофотоники...... 256 4. 3 Опыт проектирования устройств СВЧ с использованием радиофотоники...... 256 4. 3. 1 Опыт проектирования узлов АФАР с использованием достижений радиофотоники...... 257 4. 3. 1. 1 Опыт проектирования волоконно-оптических линий передачи и распределения СВЧ сигналов...... 257 4. 3. 1. 2 Опыт проектирования волоконно-оптических фазовращателей...... 262 4. 3. 2 Опыт проектирования активных волоконно-оптических линий задержки...... 267 4. 3. 3 Опыт проектирования оптоэлектронных генераторов СВЧ диапазона...... 272 4. 3. 4 Опыт проектирования оптоэлектронных АЦП и ЦАП...... 274 Список сокращений...... 279 Список литературы...... 281

Издательство: "Инфра-Инженерия" (2014)

ISBN: 9785972900787