9.Затухание
При распространении оптического сигнала по ОВ он испытывает затухание, которое оценивается коэффициентом затухания a, в общем случае равным
a = aп + aр + aпр + aк +aик , дБ/км ,
где aп и aр – коэффициенты затухания, обусловленные потерями соответственно на поглощение и рассеяние энергии оптического излучения; aпр – коэффициент затухания, обусловленный присутствующими в ОВ примесями; aк – дополнительные потери за счет скрутки, деформаций и изгибов ОВ при изготовлении оптического кабеля (их называют кабельными); aик – потери на поглощение в инфракрасной области.
Потери на поглощение aп зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей могут достигать значительной величины. Коэффициент затухания aп за счет поглощения обратно пропорционален длине волны оптического излучения l, существенно зависит от показателя преломления n1 и тангенса угла диэлектрических потерь tgd материала сердцевины ОВ и рассчитывается по формуле
,
дБ/км ,
здесь с – скорость света.
Потери рассеяния обусловлены неоднородностями материала ОВ, расстояние между которыми меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления. Потери на рассеяние часто называются рэлеевскими и оцениваются коэффициентом затухания, равным
aр = Кр l-4 , дБ/км, (2.15)
где Кр – коэффициент рассеяния, зависящий от материала (для кварца Кр =0,8 мкм4 дБ/км). Потери на рэлеевское рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих оптическим кабелям. Этот предел зависит от частоты оптического излучения и с увеличением частоты возрастает (уменьшается с увеличением длины волны).
На рис.2.4,а представлены частотные зависимости коэффициентов затухания aп и aр для оптического волокна. Из рисунка видно, что потери на поглощение растут линейно с увеличением частоты, а потери на рассеяние существенно быстрее – по закону f 4.
Коэффициент затухания aпр связан с наличием в ОВ посторонних примесей, которые приводят к дополнительному поглощению оптической мощности и появлению резонансных всплесков затухания на определенных длинах волн.
Коэффициент затухания aк вызван деформациями ОВ в процессе изготовления кабеля (скруткой, изгибами, отклонениями от прямолинейного расположения ОВ).
Типовая зависимость коэффициента затухания ОВ оптического кабеля от длины волны имеет вид, показанный на рисунке. Здесь указаны три окна прозрачности ОВ, из которых наименьшее затухание имеет место
0,8 0,85
0,9 1,3 1,35 1,4
1,5 1,5 1,55
3-ое
окно прозрачности
2-ое
окно прозрачности
1-ое
окно прозрачности
a,
дБ/
км
l,
мкм
Типовая
спектральная характеристика коэффициента
затухания
оптического
волокна
в третьем окне на длине волны l = 1,55 мкм.
Отметим, что в оптических кабелях в весьма широком диапазоне частот затухание волокна практически не зависит от частоты и стабильно. Поэтому можно увеличить число каналов и мощность системы передачи без установки дополнительных ретрансляторов.