Составляющие потерь в оптических волокнах

В общем случае, потери в оптических волокнах складываются из собственных потерь в волоконных световодах aс и дополнительных потерь, т.н. кабельных aк, обусловленных скруткой, а также деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Некоторые составляющие затухания оптических волокон.

Собственные потери оптических волокон состоят из потерь поглощения aп и потерь рассеяния aр, а также потерь на поглощение, обусловленных присутствующими в световодах примесями aпр и потерь на поглощение в инфракрасной области aик [48]:

, дБ/км (1.22)

где aс – собственные потери;

aк – кабельные потери;

aп – потери на поглощение;

aр – потери на рассеяние;

aпр – потери на поглощение, обусловленные примесями;

aк – кабельные потери;

aик – потери на поглощение в инфракрасной области.

Потери Рэлеевского рассеяния

Потери Рэлеевского рассеяния обусловлены тепловой флуктуацией показателя преломления и неоднородностями материала световода, расстояние между которыми меньше длины волны. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях, в результате часть его теряется в оболочке. Величина потерь на рассеяние aр, дБ/км, определяется по следующей формуле [48, 49]:

(1.23)

где kр – коэффициент Рэлеевского рассеяния, для кварца равный примерно (0,8 мкм4 . дБ)/км.

Потери на Рэлеевском рассеянии определяют нижний предел собственного затухания, соответствующий длине волны 1550 нм, и сильнее проявляются в области коротких длин волн.

Коэффициент Рэлеевского рассеяния зависит от режима тепловой обработки заготовки и уменьшается при снижении температуры вытяжки волокна. Таким образом, при уменьшении температуры вытяжки до 1800оС и скорости вытяжки до 1м/с потери в оптических волокнах с легированной GeO2 сердцевиной удалось уменьшить до 0,16 дБ/км и 0,29 дБ/км на длинах волн 1550 и 1310 нм, соответственно.

Дальнейшее уменьшение затухания может быть получено в оптических волокнах с так называемой депрессированной оболочкой. В световодах такого типа потери aр снижаются за счет уменьшения степени легирования сердцевины. Также уменьшаются потери, возникающие из-за дефектов, появляющихся при вытяжке волокна, т.к. сердцевина и оболочка лучше согласованы по вязкости.

Потери на поглощение

Потери на поглощение состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение) aп, так и из потерь, связанных с поглощением на примесях aпр.

Примесные центры, в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую энергию в виде джоулева тепла. Затухание поглощения определяется соотношением [48, 49]:

(1.24)

где tgd – тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

Тем не менее, уже к 1990 г. оптические волокна становятся настолько чистыми (99,9999%), что наличие примесей перестает быть основным фактором затухания. Спектральная характеристика затухания a(l) сглаживается (рис. 1.18), при этом проявляются локальные максимумы резонанса поглощения на гидроксильной группе ОН– (длины волн 1290 и 1383 нм).

Однако в последних разработках одномодовых оптических волокон за счет улучшения технологии очистки от водяных паров удалось снизить потери и в «водяном» пике. Подобные волокна получили название LWPF (Low Water Peak Fiber), при этом потери в области l=1380±3 нм снижены до 0,31 дБ/км, что меньше, чем потери во втором окне прозрачности.

В таблице 1.6. приведены ведущие производители оптических волокон и соответствующие торговые марки волокон LWPF. а на рис. 1.20 приведены спектральные характеристики коэффициента затухания.

Таблица 1.6.

Производитель LWPF
Corningâ SMF-28eTM
Alcatel
Optical Fiber Solutions (OFS) Allwave
Sumitomo Electric Industries Ltd. PureBandTM
Yangtze Optical Fibre and Cable (YOFC) 268WY
Pirelli SMR

В качестве примера на рис. 1.20 приведены спектральные характеристики одномодовых оптических волокон CorningÒ: (а) волокно SMF-28ä с «водяным пиком» – в настоящее время снято с производства; (б) LWPF волокно SMF-28eä.

(а) (б)
Рис. 1.20. Спектральные характеристики коэффициента затухания одномодовых оптических волокон CorningÒ: (а) волокно SMF-28ä; (б) LWPF волокно SMF-28eä.

На рис. 1.21 представлена спектральная характеристика коэффициента затухания многомодового оптического волокна CorningÒ 50/125.

Рис. 1.21. Спектральная характеристика коэффициента затухания многомодового оптического волокна CorningÒ 50/125.

На длинах волн свыше 1600 нм начинают проявляться потери на инфракрасное поглощение, вызываемые колебаниями связи Si-O молекулы кварца SiO2 , а в ультрафиолетовой части спектра – из-за резонанса электронов, поэтому инфракрасное поглощение часто называют ионным, а ультрафиолетовое – электронным.

Величина потерь на инфракрасное поглощение aик пропорциональна показательной функции и уменьшается с ростом частоты по закону [16]:

(1.25)

где C и k – постоянные коэффициенты (для кварца k=0,7..0,9 мкм; С=0,9).

В 2002 рекордно минимальный коэффициент затухания a составил 0,154 дБ/км на длине волны l=1568 нм (Sumitomo Electric Industries Ltd.). Предыдущий рекорд 0,154 дБ/км был установлен еще в 1986 г. и рассматривался как фактический предел. Сердцевина данного оптического волокна была изготовлена из чистого кварца, оболочка легирована фтором. Составляющие потерь принимали следующие значения: aр=0,128 дБ/км; aик=0,014 дБ/км; примеси OH– : 0,004 дБ/км; несовершенство ОВ: 0,004 дБ/км.

Потери в диапазоне l=1520…1606 нм не превышали 0,160 дБ/км.

Кабельные потери

Кабельные потери aк обусловлены деформацией оптических волокон в процессе изготовления и прокладки кабеля. К ним относятся следующие факторы: скрутка; микро и макро изгибы; отклонение о прямолинейности; термомеханические воздействия на ОВ при наложении оболочек и покрытий; особенности технологии производства оптического кабеля.

При соблюдении технических условий (ТУ) на прокладку кабеля номинальный вклад со стороны кабельных потерь составляет не больше 20 % от полного затухания.

Потери на изгибах возникают по трем причинам:

- Первая причина вызвана смещением модового пятна распространяющейся моды на некоторую величину относительно оптической оси сердцевины волокна, которая зависит от радиуса изгиба. Таким образом, в точке перехода прямого световода в изогнутый часть мощности основной моды передается модам высших порядков, которые для одномодовых оптических волокон фактически являются вытекающими и излучаемыми, и в конечном счете теря­ется (рис. 1.22).

- Вторя причина обусловлена тем, что в изогнутом волокне периферийная часть моды распространяется ближе к границе сердцевина/оболочка быстрее, чем основная часть в центральной области сердцевины. В результате периферийная часть моды излучается в оболочку во­локна и, в конечном счете, теряется. Величина этих потерь тем больше, чем больше число витков волокна и чем меньше ради­ус изгиба волокна.

- Третья причина потерь на микроизгибах обусловлена тем, что часть мощности основной моды передается модам высших порядков, а в многомодовых оптических волокнах мощность сигнала также теряется, поскольку направляемые моды высших порядков преобразуются в вытекающие и излучаемые (рис. 1.23).

Розмір шкоди
Пособие по освобождению. Путь к бесконечной свободе!
Тайные методы журналистики и работа под прикрытием
Залежно від операцій
Пятикратное и Семикратное Благословение
Список використаної і рекомендованої літератури
Формирование патологии на почве нарушений ферментативных процессов
З’єднання фаз генератора та споживача зіркою
Организация работы по охр.тр. ее основн. функции и задачи.
Перечень основной и дополнительной литературы
Методы классификации информации
Control questions
Построение спортивной тренировки волейболисток 14-15 лет, с учетом генетической предрасположенности и психологического статуса
Дружественный класс или функция как общий шаблон
Упражнение 3. Прокомментируйте следующие предложения из текста 3.
Вступление раскрывает ход действия в проповеди
Классификация эндокринной системы.
Происхождение русского языка
Суфіксально-постфіксальний: лінуватися — лінь, здороватися — здоров(ий).
Последствия загрязнения атмосферы. Атмосфера Земли постоянно циркулирует: поднимающийся вверх теплый воздух у экватора замещается холодными воздушными потоками
ЕСЛИ ВЫ ВЫБИРАЕТЕ ДОЛГ И РИСК,
Эталоны ответов к билету № 37
Контрольная работа № 7
Главная Страница