Профиль изменения показателя преломления

В простейшем случае ОВ имеет ступенчатый профиль изменения ПП (рис.10-2а). Однако в таком ОВ лучи, вошедшие под различными углами, имеют различную геометрическую длину пути (осевой - минимальную, крайний апертурный - максимальную), что при одинаковой фа­зовой скорости света в среде ( n_c=const ) приводит к различному фазовому запаздыванию (или дисперсии фазы ) — одной из причин расплывания импульса при его движении по ОВ.

Для уменьшения влияния этого явления (резко выраженного для ММ ОВ и тем резче, чем больше диаметр сердцевины) можно изменять ПП постепенно от края сердцевины к ее сере­дине (зона максимума, рис. 10-26). Условия распространения при этом для разных лучей (осе­вого и апертурного) становятся разными ( n_c=variable ): скорость апертурного луча (имеющего большую длину распространения) на периферии сердцевины больше, чем скорость осевого луча. Это приводит к эффекту самофокусировки (за счет выравнивания времени прохождения различных лучей в ОВ) и резкому снижению дисперсии фазы, т.е. к улучшению характеристик ММ ОВ с профилированным показателем преломления, называемого иногда градиентным (неточный перевод прилагательного graded (профилированный, а не градиентный) в термине graded index). Характер изменения профиля ПП оценивается показателем степени М кривой, аппроксимирующей кривую изменения ПП. Как правило, М=2, т.е. профиль соответствует квадратичной параболе, по этой причине такой профиль точнее называть параболическим или квадратичным.

Для ОМ ОВ модовая дисперсия отсутствует, поэтому используется ступенчатый профиль изменения ПП (рис.10-2в). Другие типы ОМ ОВ - ОВ со смещенной (нулевой) дисперсией, с плоской (ненулевой) дисперсией или с компенсацией дисперсии имеют более сложный профиль ПП ввиду использования многослойных оболочек или специальных компенсаторов.

 

 

 

Рис.10-2. Основные профили показателя преломления оптоволокна

 

Волокна со смещенной дисперсией (DSF) имеют дисперсионную характеристику, нуль которой смешен в центр третьего окна прозрачности - 1550 им. Широкое использование сис­тем WDM, требующих оптимизации ПП не в одной точке, а в определенном диапазоне длин волн, например, 1530-1565 им, и возможность нежелательного влияния эффекта четырехвол-нового смешения (ЧВС), привели к тому, что волокна DSF уступили место волокнам с ненуле­вой (маломеняющейся) дисперсией (NZDSF). Их ПП не равен нулю па 1550 нм, а мало меняет­ся в указанном диапазоне волн, и ПП волокон имеет характерную форму трезубца, амплитуда центрального зубца которого существенно больше боковых зубцов.

Основные характеристики оптических потерь волокна

Общая функция потерь

При распространении оптического сигнала внутри ОВ происходит его экспоненциальное зату­хание, вызванное потерей мощности Р и различными линейными и нелинейными механизма­ми взаимодействия световых волн/частиц со средой ОВ. Основными из них являются меха­низмы поглощения и рассеяния. Закон изменения затухания по длине волновода имеет вид кривой, показанный на рис. 10-3. Па этой кривой имеются три локальных минимума, называе­мых "окнами прозрачности": 850 нм (окно 1), 1310 нм (окно 2) и 1550 им (окно 3).

Дисперсия

Под дисперсией в оптике понимают зависимость фазовой скорости световых волн v_ф, от часто­ты. Это же относится и к ПП: п=п(ω). Дисперсия в объемной среде единственна и носит на- звание хроматической дисперсии (ХД), подчеркивая факт разложения света на составляющие хроматического спектра. Дисперсия называется нормальной (положительной), если n растет с ростом ω, и аномальной (отрицательной), если я уменьшается с ростом ω. Зависимость фазо­вой скорости от ω (или λ) для нормальной и аномальной дисперсий - обратная.

 

 

 

Рис.10-3. Характеристики удельных потерь в волокне

 

Понятие "дисперсии" п световоде уже не единственно н приходится различать три ее вида:

- модовая дисперсия - дисперсия, существующая только в ММ ОВ и вызванная различной скоростью распро­странения в световоде разных мод, достигающих определенного сечения ОВ (выхода) в разное время, что при­водит к уширению входного импульса на выходе;

- материальная дисперсия - дисперсия материала световода, существующая независимо от типа волокна (ММ или ОМ) и отличающаяся от ХД только тем, что она соответствует волноводной (а не объемной) среде;

- волноводная дисперсия - дисперсия, существующая в так называемой волноводной среде, сформированной двумя физическими средами (в нашем случае сердцевиной и оболочкой).