Найважливіші параметри оптичного волокна

До найважливіших параметрів ОВ відносяться:

-загасання;

-дисперсія;

-число мод в ОВ;

-числова апертура і коефіцієнт заломлення;

-нормована частота, довжина хвилі відсічки, число направляємих мод.

1.2.1 Загасання

В процесі розповсюдження по ОВ світлова хвиля відчуває загасання, яке обумовлює зменшення потужності світлової хвилі на кінці ОВ по відношенню до її потужності на вході.

В техніці зв’язку потужність прийнято вимірювати в логарифмічних одиницях. Потужність, яка виражена в логарифмічних одиницях має назву рівень потужності. Рівні бувають абсолютні і відносні. Абсолютний рівень потужності вимірюється відносно абсолютного нульового рівня, в якості якого прийнята потужність 1 мВт = 10^-6 Вт, тобто

(1.5)

де: р₀ – абсолютний рівень потужності,

Р – потужність яка вимірюється,

Р₀ - абсолютний нульовий рівень.

Відносний рівень потужності виражає значення потужності, що вимірюється порівняно до потужності, відносно якої визначається вимірювана потужність, тобто

(1.6)

де: р – відносний рівень потужності,

Р_А – потужність, що вимірюється,

Р_В – потужність, відносно якої визначається рівень потужності Р_А.

Мірою загасання є рівень потужності на виході, в нашому випадку на виході ОВ, відносно потужності на вході ОВ, тобто:

(1.7)

де: р – загасання. позначення загасання як правило співпадає з

позначенням відносного рівня потужності.

Р₂ - потужність на виході.

Р₁ – потужність на вході.

Як легко бачити

(1.8)

де: Р₀₂ – абсолютний рівень потужності на виході,

Р₀₁ – абсолютний рівень потужності на вході.

Якщо р>0, то має місце підсилення потужності при передачі, тобто Р₂>P₁, якщо р<0 – має місце загасання (втрата)потужності, тобто Р₂<P₁. В випадку р=0 – передача здійснюється без втрат потужності, тобто Р₂=P₁.

Мірою рівнів потужності є децибел потужності, скорочено дБп, на відміну від рівнів напруги або току, які вимірюються в децибелах (дБ).

Серед основних причин втрат потужності при розповсюдженні світла по ОВ є втрати на розсіювання та втрати на поглинання.

Втрати на поглинання обумовлені флуктуаціями коефіцієнту заломлення матеріалу серцевини. Звичайно втрати на поглинання називають релеєвським розсіюванням , і розраховують по формулі:

[дБ/км], (1.9)

де: К_р – коефіцієнт релеєвського розсіювання, який для кварцевого ОВ дорівнює 0,8 мкм⁴ дБ/км.

l - довжина хвилі світлової хвилі.

Втрати потужності приводять до втрати інформації в ОВ, що скорочує протяжність волоконно-оптичних ліній зв’язку, або потребує їх ускладнення шляхом введення регенераційних (відновлювальних) пунктів.

Втрати на поглинання викликані нагріванням ОВ при розповсюдженні світлової хвилі і звичайно носять назву інфрачервоного поглинання. Інфрачервоне поглинання становиться помітним при l>1,7 мкм, і розраховується по формулі:

(1.10)

Для кварцевого ОВ С и k – постійні коефіцієнти, які мають такі значення: С=0,9; k=0,8×10^{-6 м.}

Лінеарізовані спектральні залежності (залежність від довжини світлової хвилі) релеєвського розсіювання (крива1) та інфрачервоного поглинання (крива2) показані на рис 1.4. На цьому ж рисунку наведена спектральна залежність коефіцієнта загасання реальних світловодів. Реальний коефіцієнт загасання відображає як основні (фундаментальні) втрати потужності на релеєвське розсіювання та інфрачервоне поглинання, так і додаткові втрати потужності (крива 3).

Рисунок 1.4 - Лінеарізовані спектральні залежності деяких видів загасання (релеєське розсіювання-1, інфрачервоне поглинання-2, реальне загасання в кварцовому оптичному волокні-3)

Додаткові втрати потужності викликані багатьма причинами, серед яких найбільший вплив мають так звані кабельні втрати, які виникають через місцеві локальні деформації ОВ, викликані накладанням захисних оболонок, скруткою елементів в ОК, тощо, а також наявністю в матеріалі серцевини атомів і молекул домішок, на яких виникає резонансне збільшення втрат на певних довжинах хвильових хвиль.

Реальна спектральна залежність коефіцієнту загасання викликана багатьма чинниками, практично не піддається аналітичному опису і складається на базі експериментальних даних.

З графіків, наведених на рис 1.4 витікає, що область використання ОВ із кварцевого скла обмежена діапазоном видимого світла та інфрачервоним діапазоном хвиль. Крім того робота ОВ ефективна не на всіх довжинах світлових хвиль, а тільки у повних ділянках спектру, в яких наявні мінімуми втрат. Ці ділянки називаються вікнами прозорості і виділені на графіку, наведеному на рис 1.4. Точні межі вікон прозорості визначені стандартом ISO/IEC 11801 і наведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 – Вікна прозорості

Характеристики випромінювачів світла та фотоприймачів, які застосовуються в ВОЛЗ оптимізуються саме для цих вікон прозорості.

Загасання, які викликані розсіюванням та поглинанням можна віднести до власних втрат волокна. Як вже відзначалось, крім власних, ОВ притаманні ще так звані кабельні або радіаційні втрати, які викликані скруткою, деформаціями та вигинами ОВ, які з’являються при накладанні покрить та захисних оболонок при виготовленні та прокладанні ВОК. При одержанні всіх вимог і правил при прокладанні ВОК, кабельні утрати складають не більше ніж 20% від загального загасання. Додаткові кабельні втрати можуть з’явитися, якщо радіус вигину кабелю буде становити менше мінімально-допустимого. Мінімально-допустимий радіус вигину вказується в специфікації ВОК.

Втрати енергії в ОВ ілюструються рис 1.5.

Поиск по сайту: