Конструкции оптических волокон. Дисперсия, затухание в волокнах. Физические основы возникновения потерь в изогнутых оптических волокнах. Расчет поля основной моды стандартного волокна, коэффициента затухания изогнутого участка стандартного волокна.
Аннотация к работе
Оптическое волокно (ОВ) представляет собой цилиндрическую двухслойную кварцевую нить, состоящую из сердцевины, оболочки и одного или нескольких защитных покрытий. Сердцевина и оболочка изготавливаются из плавленого кварца SIO2. Обычно оболочка ОВ изготавливается из чистого кварца, имеет постоянный показатель преломления n2 и покрыта защитным слоем из акрилатного лака, а сердцевина для обеспечения требуемого профиля показателя преломления n1 легируется примесями (GEO2, P2O5), которые увеличивают показатель преломления. Показатель преломления оболочки ОВ - у постоянная величина, в то время как показатель преломления сердцевины может быть как постоянным, так и изменяться по определенному закону, что называется профилем показателя преломления. Все ОВ можно также разделить на ОВ со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления (рис.оптический волокно затухание изогнутый Оптическое волокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Пучок света, передаваемый оптическим волокном, иногда используется совместно с линзами - например, в эндоскопе , который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие. Существует два стандарта таких волокон, отличающиеся диаметром сердцевины. Стандартные ОВ имеют дисперсию на = 1310 нм менее 3.5 пс/(нм·км), а на = 1550 нм их дисперсия возрастает до 18 пс/(нм·км), хотя затухание при этом уменьшается до 0.2 ДБ/км и они могут с успехом использоваться на этой длине волны.Явление уширения импульса в многомодовом ОВ называется межмодовой дисперсией, которая характеризуется величиной Dm, измеряющейся в нс/км. С величиной межмодовой дисперсии [нс/км] связано понятие широкополосности волокна или удельной полосы пропускания B[МГЦ км] Важным нормируемым параметром у одномодовых волокон является диаметр w или радиус rnm модового пятна (поля), который характеризует потери при вводе света в волокно и используются для расчетов вместо радиуса или диаметра сердцевины, его величина зависит от типа волокна и рабочей длины волны и лежит в пределах 8..10 мкм (фактически он на 10-12% больше диаметра сердцевины). Хроматическая дисперсия состоит из двух составляющих: материальной и волноводной: Как физическая величина измеряется в пс / (нм·км) и означает уширение импульса в волокне длиной 1 км при ширине спектра сигнала 1 нм (с учетом скорости передачи и ширины спектра источника излучения). Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления кварца n() (как фазового, так и группового) или скорости распространения света в кварце от длины волны ? (рис.К дополнительным потерям относятся потери на вводе и выводе излучения; потери, связанные с нарушениями геометрической формы ОВ и случайно расположенными структурными дефектами; изгибные потери (особенно на микроизгибах); потери в соединениях (стыках) строительных длин; потери, вызванные недостатками монтажа. Затухание ограничивает максимальное расстояние, на которое можно передать сигнал без регенерации. Затухание ограничивает также минимальное расстояние, на которое можно передать сигнал без принятия дополнительных мер по снижению его уровня. 2.9, для передачи оптических сигналов может быть использован широкий участок спектра, где потери в волокнах достаточно малы.Однако правильность укладки волокна зависит от умения исполнителя и тщательности выполнения операции. При использовании оптических волокон, малочувствительных к изгибам, характеристики сети в меньшей степени подвержены влиянию таких дефектов и в то же время выявляются другие преимущества монтажа линий - уменьшение габаритов устройств демонтажа ОВ (муфты, шкафы, монтажные платы и пр.). Здесь отчетливо видно, что при больших длинах волн, когда оптический сигнал в меньшей степени зависит от сердечника одномодового волокна, потери на изгиб значительно возрастают. Если не принимать в расчет возможность изгибов с малым радиусом в самом кабеле, то изгиб, не соответствующий требованиям спецификации, всегда будет результатом соединения волокон при сращивании. Потери на сращивание сами по себе вряд ли зависят от длины волны, в отличие от потерь, вызванных изгибами в месте хранения волокна при прокладке.На рисунке 3.1 представлен волоконный световод круглого поперечного сечения и оси декартовых и цилиндрических координат, используемые при описании полей мод. Рассматриваемая в данной главе методика применима к волокнам с осесимметричным профилем показателя преломления, который можно представить в виде: , (3.1) где nc0 - максимальное значение показателя преломления сердцевины волокна, f(R) - функция изменения показателя преломления (функция профиля), ? - параметр высоты профиля или относительная разность показателей преломления сердцевины и оболочки, которая для световодов с постоянным показателем преломления оболочки nc1 определяется выражением: . Пространственное распределение поля основной моды F0(R) является решением скалярного волнового уравнения, которое для слабонаправляющих световодов круглого поперечн
План
Оглавление
Глава 1. Оптические волокна, их классификация
1.1 Конструкции оптических волокон. Физические процессы