Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ѕосл≥довн≥сть виконанн€ роботи. 1. ќзнайомитись з ф≥зичними умовами передач≥ енерг≥њ лазерного випром≥нюванн€ по оптичному св≥тловоду.




1. ќзнайомитись з ф≥зичними умовами передач≥ енерг≥њ лазерного випром≥нюванн€ по оптичному св≥тловоду.

2. ¬ивчити структуру оптичного волокна та вим≥р€ти за допомогою м≥кроскопа д≥аметр серцевини ≥ оболонки.

3. ¬вести лазерне випром≥нюванн€ у волокно ≥ дос€гти максимальноњ ≥нтенсивност≥ випром≥нюванн€ на другому боц≥ волокна. ¬становити оптимальн≥ в≥дстань та кут м≥ж лазером ≥ св≥тловодом.

4. ¬им≥р€ти величину втрат в оптичному волокн≥

5. —класти протокол ≥ зробити висновки по робот≥.

 

«агальн≥ в≥домост≥

¬≥дбитт€ ≥ заломленн€ св≥тла. Ќайважлив≥шим оптичним параметром матер≥алу Ї його показник заломленн€. ѕо хвильов≥й теор≥њ св≥тла показник заломленн€ матер≥алу (n) виражаЇтьс€ через в≥дношенн€ швидкост≥ св≥тла у вакуум≥ (c) до швидкост≥ св≥тла в середовищ≥ даного матер≥алу (V) або оптичноњ довжини хвил≥ у вакуум≥ (lв) до довжини хвил≥ в матер≥ал≥ (λм):

n = c / V (6.1)

n = λу / λм (6.2)

ќск≥льки n > 1 дл€ ус≥х в≥домих речовин, св≥тло поширюЇтьс€ в матер≥ал≥ пов≥льн≥ше, н≥ж у вакуум≥. “ипов≥ значенн€ показник≥в заломленн€ матер≥ал≥в, використовуваних в оптоволокн≥, приведен≥ в табл. 6.1.

 

“аблиц€ 6.1. ѕоказники заломленн€ матер≥ал≥в оптоволокна.

ћатер≥ал ƒовжина хвил≥ у вакуум≥, нм ѕоказник заломленн€ ƒовжина хвил≥ в матер≥ал≥, нм
    1,4525 585,5
—текло   1,4469 898,5
    1,4440 1073,4
GaAlAs   3,6 236,1
ѕластик   1,41,5  

 

« формул (6.1), (6.2) ≥ значень, приведених у табл. 6.1, видно, що показник заломленн€ скла зм≥нюЇтьс€ в залежност≥ в≥д його складу. ќсновн≥ пон€тт€, використовуван≥ п≥д час обговоренн€ механ≥зму заломленн€, ≥люструЇ рис. 6.1. Ќа вс≥х трьох видах малюнка границ€ под≥лу проходить м≥ж двома середовищами з показниками заломленн€ n1 ≥ n2, причому n1 > n2.

–озгл€немо випадок заломленн€ св≥тлового промен€ при переход≥ з одного середовища в ≥нше (рис.6.1, а).  утом пад≥нн€ називаЇтьс€ кут м≥ж перпендикул€ром до границ≥ под≥лу двох середовищ ≥ падаючим променем (θ1). Ќа границ≥ под≥лу частина св≥тла в≥дбиваЇтьс€ назад (в≥дбитт€ ‘ренел€).  утом в≥дбитт€ називаЇтьс€ кут м≥ж перпендикул€ром до границ≥ под≥лу двох середовищ ≥ в≥дбитим променем. „астина св≥тла, що залишилас€, перетинаЇ границю под≥лу, утворюючи заломлений пром≥нь, що поширюЇтьс€ п≥д кутом θ2. ¬≥дпов≥дно до закону —нелл≥уса м≥ж кутом пад≥нн€ ≥ кутом заломленн€ ≥снуЇ наступне сп≥вв≥дношенн€:

n 1 sin (θ1) = n 2 sin (θ2) (6.3)

якщо кут пад≥нн€ θ1 зб≥льшуЇтьс€, то при його визначеному значенн≥ заломлений пром≥нь ц≥лком зникаЇ (θ2=90∞). “акий кут називаЇтьс€ критичним кутом ковзанн€ θс (рис.6.1,б):

θс = arcsin (n 2 / n 1) (6.4)

 

–ис. 6.1. ¬≥дбитт€ ≥ заломленн€ св≥тла на границ≥ двох середовищ

 

ѕри кутах, б≥льше критичного (рис.6.1, в), св≥тло ц≥лком в≥дбиваЇтьс€ ≥ в друге середовище не проникаЇ, а ≥нтенсивн≥сть в≥дбитого промен€ дор≥внюЇ ≥нтенсивност≥ падаючого. ÷е €вище називаЇтьс€ повним внутр≥шн≥м в≥дбитт€м.

ѕри розрахунку характеристик реального поширенн€ св≥тла в оптоволокн≥ використовуЇтьс€ величина числовоњ апертури (NA). ÷€ величина т≥сно зв'€зана з умовою повного внутр≥шнього в≥дбитт€ ≥ хвильового поширенн€ св≥тла в оптоволокн≥. ¬она визначаЇ кутовий растр вх≥дного конуса (рис. 6.2), що в≥дпов≥даЇ максимальному куту уведенн€ св≥тла в оптоволокно:

NA = sin θ, (6.5)

де θ Ц половина кута введенн€.

¬еличина NA Ч важливий технолог≥чний параметр, тому що чим б≥льше значенн€ NA, тим краще св≥тло вводитьс€ в оптоволокно. ѕри малих значенн€х NA уводитьс€ досить вузько спр€мований пром≥нь св≥тла.

 

–ис.6.2. ¬х≥дний конус при уведенн≥ св≥тла в оптоволокно   –ис.6.3. —труктура оптичного волокна  

ѕристр≥й оптичного волокна. ќптичне волокно (рис. 6.3) складаЇтьс€ з двох концентричних шар≥в: сердечника (€дра) ≥ оптичноњ оболонки, що мають показники заломленн€ в≥дпов≥дно n1 ≥ n2. ядро й оптична оболонка можуть бути виготовлен≥ з одного матер≥алу (наприклад, особливо чистого кварцового скла), зм≥на показника заломленн€ при цьому дос€гаЇтьс€ п≥дбором спец≥альних добавок, що ввод€тьс€ в чистий розплав кварцу. ÷ей процес називаЇтьс€ легуванн€м. як легуючу речовину найчаст≥ше виступають окисли герман≥€ (Ge2), фосфору (P2O5), бора (B2O3), фтор (F), ерб≥й (Er) ≥ неодим (Nd). «окрема, фтор ≥ окис бора зменшують показник заломленн€, а окис герман≥€ й окис фосфору його зб≥льшують. Ќавколо оптичноњ оболонки з метою запоб≥ганн€ в≥д зовн≥шн≥х вплив≥в на оптичн≥ властивост≥ оптоволокна (волога, подр€пини, м≥кротр≥щини), нанос€тьс€ два шари пол≥меру (акрилат). ядро оптоволокна також може бути виготовлене з≥ скла, а оптична оболонка з пластику (PCS-оптоволокно). ѕоказник заломленн€ сердечника n1 б≥льше показника заломленн€ оптичноњ оболонки n2. „исельна р≥зниц€ показник≥в заломленн€ невелика Ч пор€дку одного в≥дсотка. Ќайб≥льш розповсюджен≥ сп≥вв≥дношенн€ д≥аметр≥в сердечника й оптичноњ оболонки приведен≥ в табл. 6.2.

 

“аблиц€ 6.2 Ц —п≥вв≥дношенн€ д≥аметру сердечника та оболонки.

—ердечник, мкм ќптична оболонка, мкм
   
   
62,5  
   

 

ѕри наведенн≥ значень цих величин дл€ конкретного оптоволокна використовуЇтьс€ запис, в €к≥й п≥сл€ чисельного значенн€ д≥аметра сердечника через Ђ/ї вказуЇтьс€ значенн€ д≥аметра оптичноњ оболонки. Ќаприклад, оптоволокно дл€ мережного устаткуванн€ ф≥рми Hirschmann маЇ марк≥руванн€ 62,5/125.

ѕри уведенн≥ св≥тла усередину волокна п≥д кутом, б≥льшим критичного, св≥тло, зазнаЇ повне внутр≥шнЇ в≥дображенн€, буде рухатис€ зигзагопод≥бно уздовж сердечника оптоволокна. ѕромен≥, €к≥ при рус≥ перес≥кають в≥сь св≥тловода, називаютьс€ мерид≥ональними. „астина промен≥в, що називаютьс€ косими (асиметричними), буде рухатис€ по сп≥ралевидн≥й траЇктор≥њ, не перетинаючи в≥сь волокна; при анал≥з≥ волоконно-оптичних процес≥в вони, €к правило, не враховуютьс€. ¬икористовуван≥ матер≥али, склад ≥ розм≥ри компонент≥в визначають ф≥зичн≥ параметри й особливост≥ оптоволокна.

ѕ≥д основними параметрами оптоволокна розум≥ють проф≥ль показника заломленн€, число мод, втрати оптичноњ потужност≥.

ѕроф≥ль показника заломленн€. –озпод≥л значень показника заломленн€ уздовж д≥аметра поперечного перер≥за оптичного волокна називають проф≥лем показника заломленн€. –озр≥зн€ють оптичн≥ волокна:

- з≥ ступ≥нчастим проф≥лем, коли сердечник ≥ оптична оболонка мають однор≥дний (але р≥зний) показник заломленн€;

- з град≥Їнтним проф≥лем, коли показник заломленн€ сердечника плавно зменшуЇтьс€ в≥д центра до крањв. ” град≥Їнтних волокон в≥дсутн€ р≥зка зм≥на показника заломленн€ на границ≥ €дра й оптичноњ оболонки, що характерно дл€ ступ≥нчастого проф≥лю. Ќайчаст≥ше в град≥ентних св≥тловод≥в проф≥ль показника заломленн€ близький до параболи, так≥ св≥тловоди називають парабол≥чними.

ƒл€ оптим≥зац≥њ роботи на €к≥й-небудь одн≥й довжин≥ хвил≥ використовуЇтьс€ ≥ б≥льш складна структура проф≥лю (рис. 6.4).

ћоди. –озгл€д р≥вн€нь ћаксвелла, що визначають характер поширенн€ св≥тла в оптоволокн≥, показуЇ, що у волокн≥ може поширюватис€ обмежене число тип≥в електромагн≥тних коливань, називаних модами.  ожна мода маЇ характерн≥ дл€ нењ структуру електромагн≥тного пол€, а також фазова ≥ групова швидк≥сть. ѕ≥д фазовою швидк≥стю розум≥Їтьс€ швидк≥сть перем≥щенн€ фази хвил≥, а групова швидк≥сть визначаЇ швидк≥сть переносу енерг≥њ електромагн≥тною хвилею.

ƒл€ електромагн≥тних хвиль, що в≥льно поширюютьс€ обидв≥ швидкост≥ екв≥валентн≥ ≥ р≥вн≥ швидкост≥ св≥тла, у той час €к дл€ електромагн≥тних хвиль, що перем≥щаютьс€ в оптоволокн≥, величини фазовоњ ≥ груповоњ швидкост≥ р≥зн≥ ≥ залежать в≥д частоти коливань, матер≥алу оптоволокна ≥ його геометричних параметр≥в. Ќасл≥дком впливу цих фактор≥в Ї дисперс≥€. –озр≥зн€ють наступн≥ види дисперс≥њ:

- матер≥альну (молекул€рну) дисперс≥ю, обумовлену залежн≥стю показника заломленн€ матер≥алу св≥тловоду в≥д довжини хвил≥ випром≥нюванн€;

- волноводну дисперс≥ю, обумовлену довжиною хвил≥ в оптичному хвилевод≥ ≥ фактично залежну в≥д сукупност≥ таких геометричних параметр≥в оптоволокна, €к в≥дхиленн€ в≥д круглоњ форми перетину, зм≥на д≥аметра, несп≥вв≥сн≥сть €дра й оболонки, зм≥на показника заломленн€ по довжин≥ оптоволокна ≥ т.п.;

- м≥жмодову дисперс≥ю, що Ї результатом р≥зноњ швидкост≥ поширенн€ мод у багатомодовому волокн≥.

 

–ис. 6.4. ѕроф≥л≥ показник≥в заломленн€ дл€ одномодового волоконного св≥тловода: а Ц ступ≥нчастий, б Ц з низьким ступенем заломленн€, в Ц W-под≥бний, г Ц трикутний, д Ц сегментний.

 

ћоди характеризуютьс€ тим, що п≥сл€ двох посл≥довних перев≥дображень в≥д границ≥ сердечника й оптичноњ оболонки њхн≥ електромагн≥тн≥ пол€ опин€ютьс€ у фаз≥. якщо ц€ умова не дотримуЇтьс€, то спостер≥гаЇтьс€ ≥нтерференц≥€ хвиль ≥ вони гас€ть одна одну.

Ѕудучи одним з можливих р≥шень р≥вн€нн€ ћаксвелла, мода виступаЇ €к математичне пон€тт€, що визначаЇ таку ф≥зичну характеристику, €к режим роботи оптоволокна.

–озр≥зн€ють одномодовий ≥ багатомодовий режими роботи волоконно-оптичних л≥н≥й зв'€зку. ”мовою одномодового режиму, у €кому по оптоволокну поширюЇтьс€ одна основна мода, Ї виконанн€ нер≥вност≥:

F = (2π . NA . r / λ0) < Fотс, (6.6)

де λ0 Ч робоча довжина хвил≥, r Ц рад≥ус сердечника, F Ц нормоване значенн€ робочоњ частоти, Fотс Ч нормоване значенн€ частоти в≥дс≥ченн€ (частоти, що в≥дпов≥даЇ граничному значенню довжини хвил≥ даноњ моди). ¬еличина Fотс = 2,405 дл€ св≥тловод≥в з≥ ступ≥нчастим проф≥лем ≥ Fотс = 3,53 у випадку парабол≥чного проф≥лю.

¬еличину NA можна знайти з вираженн€:

, (6.7)

де n1 ≥ n2 Ц показники заломленн€ сердечника й оптичноњ оболонки.

”мова, визначена нер≥вн≥стю (6.6), необх≥дна, але недостатн€.

 р≥м њњ, повинна виконуватис€ наступна р≥вн≥сть:

(6.8)

якщо нер≥вн≥сть (6.6) не виконуЇтьс€, у св≥тловод≥ встановлюЇтьс€ багатомодовий режим. ” цьому випадку число мод приблизно дор≥внюЇ N = F2/2 дл€ св≥тловода з≥ ступ≥нчастим проф≥лем ≥ N = F2/4 у випадку град≥Їнтного проф≥лю. ’арактер поширенн€ св≥тла в багатомодовому ≥ одномодовому волокн≥ дл€ р≥зних проф≥л≥в показника заломленн€ по€снюЇтьс€ на рис. 6.5.

    а)   б)     в)

–ис. 6.5. ѕоширенн€ св≥тла в багатомодовому ≥ одномодовому волокнах дл€ р≥зних проф≥л≥в показника заломленн€: а Ц багатомодове волокно з≥ ступ≥нчатим проф≥лем показника заломленн€, б - одномодове волокно з≥ ступ≥нчатим проф≥лем показника заломленн€, в - багатомодове волокно ≥з град≥Їнтним проф≥лем показника заломленн€

 

–озгл€немо характерне дл€ багатомодового волокна €вище м≥жмодовоњ дисперс≥њ. ѕри введенн≥ промен€ в оптичне волокно шл€х поширенн€ в≥д початку до к≥нц€ волокна дл€ р≥зних мод р≥зний. ÷е обумовлюЇ р≥зний час поширенн€ мод, що перенос€ть енерг≥ю первинного сигналу, ≥ перерозпод≥л вих≥дноњ сумарноњ енерг≥њ в заданому в≥др≥зку часу. ” результат≥, €кщо ≥мпульс св≥тла на вход≥ оптоволокна мав €скраво виражен≥ фронт ≥ зр≥з сигналу, то на виход≥ одержуЇмо ≥стотно Ђрозмитийї сигнал з≥ згладженими фронтом ≥ зр≥зом. ÷е Ђрозмиванн€ї сигналу обумовлено м≥жмодовою дисперс≥Їю ≥ ви€вл€Їтьс€ тим сильн≥ше, н≥ж довше л≥н≥€ зв'€зку. ћ≥жмодова дисперс≥€ обмежуЇ пропускну здатн≥сть волокна, тому що при п≥двищенн≥ частоти вх≥дного сигналу (посл≥довн≥сть коротких ≥мпульс≥в) розмит≥ крањ зр≥зу одного ≥мпульсу починають перекриватис€ розмитим фронтом наступного, ведучи до втрати ≥нформативност≥ сигналу (рис. 6.6).

а) б) в)

–ис. 6.6. ѕерекручуванн€ переданого сигналу внасл≥док м≥жмодовоњ дисперс≥њ: а Ц сигнал на вход≥, б Ц вих≥дний сигнал з допустимими перекручуванн€ми, в- вих≥дний сигнал з перекручуванн€ми, що привод€ть к втрат≥ ≥нформац≥њ.

 

Ќезважаючи на велику дисперс≥ю, багатомодове оптоволокно з≥ ступ≥нчастим проф≥лем показника заломленн€ Ї дуже розповсюдженим у силу б≥льш низьких вимог до технолог≥чного устаткуванн€ дл€ його виробництва ≥ використовуваному матер≥алов≥. ƒане волокно може мати сердечник з≥ скла й оптичну оболонку з пол≥меру (PCS) або бути ц≥лком виготовленим ≥з пластику. ƒл€ волокна з град≥Їнтним показником заломленн€ величина м≥жмодовоњ дисперс≥њ ≥стотно менше. ÷е в≥дбуваЇтьс€ завд€ки властивост≥ св≥тла поширюватис€ швидше в середовищ≥ з меншим показником заломленн€: велику частину шл€ху перев≥дбит≥ промен≥ проход€ть через област≥ перетину оптоволокна з меншим показником заломленн€, тому на виход≥ оптоволокна вони з'€вл€ютьс€ майже одночасно з промен€ми, що поширювалис€ уздовж ос≥ через область з максимальним значенн€м показника переломленн€. √рад≥Їнтне оптоволокно широко використовуЇтьс€ при побудов≥ локальних мереж ≥ в комун≥кац≥€х, що вимагають широкоњ смуги пропущенн€, наприклад, при передач≥ в≥деозображенн€. ѕри цьому найб≥льш розповсюджен≥ значенн€ в≥дношенн€ д≥аметра €дра до д≥аметра оптичноњ оболонки складають 50/125, 62,5/125. ƒл€ багатомодового св≥тловода важливою характеристикою Ї також ширина смуги пропущенн€ волокна в перерахуванн≥ на к≥лометр його довжини, що називаЇтьс€ коеф≥ц≥Їнтом широкополосност≥. Ќаприклад, величина цього коеф≥ц≥Їнта, р≥вна 600 ћ√цЈкм (стандартне багатомодове волокно ф≥рми Siemens дл€ довжини хвил≥ до 1300 нм) говорить про те, що на в≥дстань у 1 км може бути переданий сигнал у смуз≥ частот до 600 ћ√ц або на в≥дстань 2 км Ч у смуз≥ до 300 ћ√ц, тобто добуток довжини л≥н≥њ передач≥ на ширину смуги частот сигналу повинне бути величиною, меншою або р≥вною коеф≥ц≥Їнтов≥ широкополосност≥. ƒл€ одномодового волокна ≥стотним Ї ≥нший вид дисперс≥њ матер≥альна дисперс≥€ (або молекул€рна). якщо згадати формулу (6.2), то очевидно, що дл€ р≥зних довжин хвиль (дл€ джерел випром≥нюванн€ характерна визначена ширина спектра дл€ заданого значенн€ робочоњ частоти) показник заломленн€ також р≥зний. “аким чином, нав≥ть у рамках одн≥Їњ моди швидк≥сть поширенн€ в оптоволокн≥ дл€ р≥зних значень частот спектра робочоњ частоти р≥зна.

÷ей вид дисперс≥њ присутн≥й й у багатомодовому оптоволокн≥, але њм, у пор≥вн€нн≥ з м≥жмодовою дисперс≥Їю, можна зневажити.

ўе один вид дисперс≥њ Ч волноводна дисперс≥€ Ч так само Ї ≥стотною дл€ одномодового волокна. ¬ласне кажучи цей вид дисперс≥њ зв'€заний з тим, що пом≥тна частина оптичноњ потужност≥ (до 20% в≥д загальноњ потужност≥) поширюЇтьс€ по оптичн≥й оболонц≥, що маЇ в≥дм≥нний в≥д €дра показник заломленн€, що робить њњ швидк≥сть ≥ншою, чим при поширенн≥ в €др≥. —умарну дисперс≥ю, що включаЇ в себе матер≥альну ≥ волноводну, називають хроматичною дисперс≥Їю. ’роматична дисперс≥€ позначаЇтьс€ €к D (λ) ≥ виражаЇтьс€ в одиниц€х пс/(нм . км). ƒл€ одномодового волокна, на в≥дм≥ну в≥д многомодового, де оперують пон€тт€м коеф≥ц≥Їнта широкополосност≥, специф≥кац≥€ хроматичноњ дисперс≥њ необх≥дна. “ипове значенн€ дл€ стандартного одномодового волокна: D (1310 нм) <1,8 пс/(нм . км). ѕриблизна оц≥нка ширини смуги пропущенн€ (BW) через величину одномодовой дисперс≥њ може бути отримана з вираженн€:

BW = 0,187 / (D(λ) . SW . L), (6.9)

де SW Ч ширина спектра випром≥нювача, нм, L Ч довжина волокна км.

« приведених виражень (6.6) ≥ (6.8) добре видн≥ основн≥ технолог≥чн≥ шл€хи р≥шенн€ питанн€ одержанн€ одномодового режиму: це зменшенн€ д≥аметра сердечника, зменшенн€ р≥зниц≥ показник≥в заломленн€ сердечника й оптичноњ оболонки, зб≥льшенн€ довжини хвил≥ джерела випром≥нюванн€. –еально компром≥с варто шукати т≥льки м≥ж першими двома параметрами. «≥ зб≥льшенн€м д≥аметра пол≥пшуютьс€ умови дл€ введенн€ п≥двищеноњ потужност≥ й умови зчленуванн€ в≥др≥зк≥в волокна, одночасно з цим необх≥дно вибирати мале значенн€ р≥зниц≥ показник≥в заломленн€ €дра й оптичноњ оболонки, що, у свою чергу, приводить до пог≥ршенн€ поширенн€ основноњ моди ≥ п≥двищеноњ чутливост≥ до зовн≥шн≥х вплив≥в (наприклад вигинам). ѕри велик≥й р≥зниц≥ показник≥в заломленн€ сердечника й оболонки маленький д≥аметр сердечника п≥двищуЇ вимоги до точност≥ стикуванн€ в≥др≥зк≥в волокна. ” сучасних одномодових волокнах д≥аметр сердечника складаЇ 6Е10 мкм, а р≥зниц€ показник≥в заломленн€ n1 Ц n2 = 0,003...0,005. ќдномодовий режим роботи дл€ заданоњ довжини хвил≥ реал≥зуЇтьс€ при д≥аметр≥ волокна, пор≥вн€нному з довжиною хвил≥. ”се це приводить до того, що св≥тловий пучок в≥дбиваЇ в≥д поверхн≥ сердечника р≥дше, викликаючи меншу дисперс≥ю. ” результат≥ одномодове волокно в пор≥вн€нн≥ з многомодовим маЇ ≥стотно менший коеф≥ц≥Їнт загасанн€ ≥ велику пропускну здатн≥сть (на сьогодн≥шн≥й день по груб≥й оц≥нц≥ б≥льш 10 √бит/с проти 2,5 √бит/с), але саме одномодове волокно, а також в≥дпов≥дн≥ приймач≥ ≥ передавач≥ коштують дорожче, н≥ж багатомодов≥.

¬трати в оптичному волокн≥. ¬трати оптичноњ потужност≥ (або загасанн€) Ї результатом поглинанн€ св≥тла матер≥алом св≥тловода, розс≥юванн€ в м≥сц€х м≥кро- ≥ макровигин≥в, а також в≥дображенн€ на к≥нц€х св≥тловода.  оеф≥ц≥Їнт загасанн€, що в≥дображаЇ втрати оптичноњ потужност≥, позначаЇтьс€ α ≥ вим≥р€Їтьс€ в дЅ/км. ¬еличину втрат оптичноњ потужност≥ в оптоволокн≥ можна розрахувати з≥ сп≥вв≥дношенн€ (6.10), що носить назву закону Ѕугера:

PL = P0 e ЦαL. (6.10)

де PL Ч величина втрат потужност≥ на довжин≥ L, P 0 Ч величина введеноњ потужност≥.

« огл€ду на те, що потужн≥сть на виход≥ оптоволокна менше, н≥ж на вход≥, значенн€ втрат, виражене в децибелах, буде мати знак м≥нус. ƒл€ сучасних тип≥в одномодового оптоволокна величина коеф≥ц≥Їнта загасанн€ при довжин≥ хвил≥ 1,3 мкм лежить у д≥апазон≥ 0,4...0,45 дб/км. ƒл€ многомодового волокна величина коеф≥ц≥Їнта загасанн€ при т≥й же довжин≥ хвил≥ складаЇ 0,6...1,0 дб/км.

ѕоглинанн€ в оптичному матер≥ал≥ визначаЇ частку енерг≥њ хвил≥, преутворену в теплову енерг≥ю. ѕ≥д поглинанн€м у матер≥ал≥ оптоволокна розум≥Їтьс€ поглинанн€ св≥тла залишковими дом≥шками в кварцовому скл≥. ” кварцового скла це ви€вл€Їтьс€ в на€вност≥ смуг у частотному спектр≥ поглинанн€ в област≥ довжин хвиль 725, 875, 950, 1125, 1225 ≥ 1370 нм, що в≥дпов≥дають гармон≥кам фундаментальноњ частоти коливань м≥жатомного зв'€зку в г≥дроксильних ≥онах OHЦ ≥ частот≥ коливань зв'€зку Si-O.  онцентрац≥€ ≥он≥в OHЦ один на м≥ль€рд даЇ втрати 1 дб/км при довжин≥ хвил≥ 950 нм ≥ близько 3 дб/км при 1225 нм. Ўл€х р≥шенн€ ц≥Їњ проблеми очевидна Ч дег≥дратац≥€ матер≥алу, що зменшуЇ число г≥дроксильних ≥он≥в OHЦ. ≤нш≥ види поглинанн€ викликан≥ залишковими дом≥шками перех≥дних метал≥в, наприклад ≥онами Fe3+ ≥ Cr2+. ѕоглинанн€ св≥тла в кварцовому скл≥ викликаЇтьс€ ≥ легуючими дом≥шками, що додаютьс€ в скло дл€ зм≥ни показника заломленн€. –озс≥юванн€ визначаЇ частина оптичноњ енерг≥њ, що перевипром≥нюЇтьс€ в напр€мку, в≥дм≥нному в≥д перв≥сного. –озс≥юванн€ св≥тла викликане присутн≥стю в скл≥ м≥кроскоп≥чних неоднор≥дностей ≥ зм≥ною величини щ≥льност≥ самого матер≥алу (кварцу). ÷е €вище описуЇтьс€ €к релеЇвське розс≥юванн€, ≥нтенсивн≥сть €кого обернено пропорц≥йна довжин≥ хвил≥ в четвертому ступен≥. Ќеоднор≥дност≥ з'€вл€ютьс€ €к неминуче зло в процес≥ виготовленн€ оптоволокна. як правило, чим нижче температура осадженн€ склоутворючого речовини, тим менше флуктуац≥њ щ≥льност≥ матер≥алу. ѕри довжин≥ хвил≥ 1000 нм утрати за рахунок розс≥юванн€ складають пор€дку 0,75 дб/км. ¬трати, викликан≥ м≥кро- ≥ макровигинами волокна, неминуч≥ вс€кий раз, коли волокно маЇ в≥дхиленн€ в≥д правильноњ геометричноњ форми або не розм≥щено уздовж пр€моњ л≥н≥њ. ћ≥кровигини нос€ть випадковий характер ≥ Ї вар≥ац≥€ми проф≥лю границ≥ €дра й оптичноњ оболонки, тобто фактично про€вом технолог≥чного дефекту. ћакровигини Ї насл≥дком неправильноњ прокладки оптоволоконого кабелю.  р≥м зб≥льшенн€ загасанн€, при цьому знижуЇтьс€ межа м≥цност≥ кабелю на розрив (максимально припустиме навантаженн€ на розт€ганн€ або вигин, що не приводить до ушкодженн€ св≥тловода; дл€ стандартного оптоволоконого кабелю ф≥рми Siemens Ч до 800 Ќ при короткочасному вплив≥).

¬трати, зв'€зан≥ з в≥дображенн€м на к≥нц€х св≥тловода, обумовлен≥ в≥дображенн€м ‘ренел€. ≤снуЇ фундаментальна в≥дм≥нн≥сть м≥ж оптичним кабелем ≥ м≥дним (крученоњ пари, коаксиал): у випадку м≥дного пров≥дника втрати в л≥н≥њ пропорц≥йн≥ зб≥льшенню частоти переданого сигналу, у той час €к втрати в оптичному волокн≥ практично пост≥йн≥ дл€ широкого д≥апазону частот (рис. 6.7).

ќкремо хочетьс€ зупинитис€ на питанн€х температурноњ ≥ рад≥ац≥йноњ ст≥йкост≥ оптоволокна. “емпературн≥ коливанн€ впливають на абсолютн≥ значенн€ коеф≥ц≥Їнт≥в заломленн€ €дра й оптичноњ оболонки, а отже, ≥ на њхню р≥зницю, що може приводити до порушенн€ умов ≥снуванн€ одн≥Їњ моди ≥ по€в≥ додаткових мод. ѕри цьому перерозпод≥л енерг≥њ м≥ж модами приведе до втрати потужност≥ основного сигналу. –озходженн€ коеф≥ц≥Їнт≥в теплового розширенн€ скл€ного сердечника ≥ пол≥мерноњ оптичноњ оболонки зб≥льшуЇ втрати на м≥кровигинах. ќск≥льки температурн≥ коливанн€ пог≥ршують м≥цн≥стн≥ характеристики оптоволокна ≥ кабелю в ц≥лому, д≥апазон температур, припустимих при прокладц≥ кабелю (Ц5Е+50 0— дл€ кабел≥в Belden ≥ Siemens), б≥льш вузький у пор≥вн€нн≥ з д≥апазоном робочих температур. “реба п≥дкреслити, що перерахован≥ проблеми, €к правило, Ї насл≥дком р≥зких перепад≥в температури, а не стаб≥льно високих або низьких њњ значень, тому що д≥апазон робочих температур оптоволоконих кабел≥в звичайно лежить у границ€х Ц40Е+700— (наприклад, Ц30Е+700— дл€ кабел≥в ф≥рми Belden або Ц25Е+600— дл€ кабел≥в ф≥рми Siemens), що в б≥льшост≥ випадк≥в в≥дпов≥даЇ необх≥дним умовам експлуатац≥њ.

–ад≥ац≥йна ст≥йк≥сть Ч це здатн≥сть оптоволокна протисто€ти д≥њ ≥он≥зуючого випром≥нюванн€ (гама-випром≥нюванн€, потоки нейтрон≥в ≥ т.д.). ѕ≥д д≥Їю ≥он≥зуючого випром≥нюванн€, що зм≥нюЇ структуру скла, оптоволокно Ђтемн≥Її, зб≥льшуючи втрати потужност≥ за рахунок структурноњ неоднор≥дност≥ волокна. ¬еличина втрат залежить в≥д типу випром≥нюванн€, дози опром≥ненн€ ≥ часу експозиц≥њ. ѕ≥д впливом рад≥ац≥њ в≥дбуваЇтьс€ ≥он≥зац≥€ молекул Siќ2, м≥грац≥€ електрон≥в, м≥грац≥€ легуючих дом≥шок ≥ утворенн€ г≥дроксильних ≥он≥в OHЦ з в≥льного водню. “ривале експонуванн€ волокна при низьк≥й ≥нтенсивност≥ опром≥ненн€ приводить до б≥льш сильного Ђпотемн≥нн€ї, чим та ж доза, отримана за б≥льш короткий час. ѕ≥сл€ припиненн€ впливу опром≥ненн€ настаЇ поступове в≥дновленн€ пропускноњ здатност≥ волокна. Ќаприклад, при д≥њ рад≥оактивного випром≥нюванн€ 3700 радий прот€гом 3 нс (умови €дерного вибуху) загасанн€ може дос€гати 1000 дб/км, ≥ вже через 10 з величина втрат стаЇ менше 5 дб/км. ћаютьс€ дан≥, на п≥дстав≥ €ких можна зробити наступний висновок: оптоволокно з €дром з≥ скла з високим зм≥стом г≥дроксильних ≥он≥в OHЦ п≥сл€ впливу випром≥нюванн€ працюЇ краще, тому що ≥они OHЦ, поглинаючи енерг≥ю ≥он≥зуючого випром≥нюванн€, зменшують ≥мов≥рн≥сть утворенн€ дефект≥в ≥ скорочують час в≥дновленн€. ” загальному випадку ≥стотними факторами, що впливають на рад≥ац≥йну ст≥йк≥сть оптоволокна, Ї тип легуючоњ добавки в матер≥ал≥ €дра, д≥аметр €дра ≥ тип оптичноњ оболонки.

 

«м≥ст протоколу

1. Ќайменуванн€ роботи.

2. ћета роботи.

3. Ћабораторне обладнанн€.

4. ќсновн≥ теоретичн≥ в≥домост≥ про поширенн€ св≥тла в оптичному волокн≥.

5. «наченн€ розрахованих та встановлених величин.

6. ¬исновки по робот≥.

 

 онтрольн≥ запитанн€

1. ѕо€сн≥ть основн≥ схеми в≥дбитт€ ≥ заломленн€ св≥тла на границ≥ двох середовищ.

2. ѕо€сн≥ть пон€тт€ числовоњ апертури.

3. ќпиш≥ть структуру оптичного волокна.

4. як маркуЇтьс€ оптичне волокно?

5. ѕо€сн≥ть пон€тт€ Дпроф≥ль показника заломленн€Ф. яким в≥н буваЇ?

6. як≥ види дисперс≥њ ≥снують в оптоволокн≥?

7. Ќавед≥ть умови одномодового та багатомодового поширенн€ хвиль в оптичному волокн≥.

8. ѕо€сн≥ть €вище м≥жродовоњ дисперс≥њ.

9. ѕо€сн≥ть пон€тт€ коеф≥ц≥Їнту широкополосност≥.

10. ѕо€сн≥ть €вище волноводноњ дисперс≥њ.

11. Ќавед≥ть основн≥ технолог≥чн≥ шл€хи р≥шенн€ питанн€ одержанн€ одномодового режиму.

12. «а рахунок чого виникають втрати в оптичному волокн≥?

13. ќпиш≥ть р≥зн≥ види зовн≥шнього впливу на оптичне волокно.

 

 


Ћабораторна робота є 7

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2016-11-24; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 705 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ћогика может привести ¬ас от пункта ј к пункту Ѕ, а воображение Ч куда угодно © јльберт Ёйнштейн
==> читать все изречени€...

1218 - | 1205 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.054 с.