Затухание в оптических кабелях
Дополнительное затухание, обусловленное кабельными потерями (αк), состоит из суммы по крайней мере семи видов парциальных коэффициентов затухания:
где
• α1΄ - возникает вследствие приложения к 0В термомеханических воздействий в процессе изготовления кабеля;
• α2΄ - вследствие температурной зависимости коэффициента преломления материала ОВ;
• α3΄ - вызывается микроизгибами ОВ;
• α4΄ - возникает вследствие нарушения прямолинейности ОВ (скрутка);
• α5΄ - возникает вследствие кручения ОВ относительно его оси (осевые напряжения скручивания);
• α6΄ - возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ;
• α7΄ - возникает вследствие потерь в защитной оболочке ОВ.
Таким образом, дополнительные потери определяются в основном процессами рассеяния энергии на неоднородностях, возникающих вследствие перечисленных влияний, и частично увеличением потерь на поглощение энергии. Причинами увеличения потерь на поглощение являются остаточные осевые и поперечные напряжения в ОВ, могущие возникнуть при изготовлении кабеля.
В ряде случаев микроизгибы могут существенно влиять на прирост αк. Значение потерь на одном микроизгибе может изменяться в пределах 0,01-0,1 дБ. Приращение затухания от микроизгибов α3΄ зависит от мелких локальных нарушений прямолинейности ОВ, характеризуемых смещением оси ОВ в поперечных направлениях на участке микроизгиба. Основными причинами появления микроизгибов являются локальные неосесимметричные механические усилия различного происхождения, приложенные к очень малым участкам ОВ. К микроизгибам следует отнести такие поперечные деформации ОВ, для которых максимальное смещение оси ОВ соизмеримо с диаметром сердцевины волокна. Особенностями микроизгибов является то, что они, как правило, многочисленны, расстояние между соседними микроизгибами существенно больше их размера. Общий вклад потерь, создаваемых микроизгибами, может быть значителен. Вследствие микроизгиба происходит ограничение апертурного угла излучения, распространяющегося по ОВ, и часть энергии излучается из ОВ. Зависимость приращения затухания от микроизгибов α3΄ можно определить из выражения:
где
• k3=0,9 - l,0;
• nh- число неоднородностей в виде выпуклостей со средней высотой Ун на единицу длины;
• а - радиус сердцевины;
• b - диаметр оптической оболочки;
• Δ - относительное значение показателя преломления;
• n1 и n2-показатели преломления сердцевины и оболочки;
• Ео и Ес - модули Юнга оболочки и сердцевины ОВ.
Затухание в местах соединений оптических волокон
В отличие от традиционных кабелей, затухание в сростках ОВ может достигать больших величин, соизмеримых с километрическим затуханием. На затухание сростка большое значение оказывает поперечное смещение и смещение осей. На рис. 9 приведены возможные варианты дефектов сопряжения 0В (радиальное, угловое и осевое смещение).
Рис. 9. Радиальное (а), угловое (б) и осевое (в) смещение оптических волокон
При радиальном смещении дополнительные потери определяются из формулы:
где
• d - диаметр сердцевины ОВ;
• δ - радиальное смещение ОВ.
При угловом смещении дополнительные потери определяются из формулы:
Одним из важных явлений процесса распространения импульсных сигналов по оптическим кабелям является дисперсия, рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. В результате дисперсии импульсный сигнал на вход приемного устройства приходит тем более искаженным, чем длиннее линия (рис.10).
Дисперсия приводит к увеличению длительности импульса (уширение импульса) при прохождении его по оптическому кабелю, появлению межсимвольных помех, и, в конечном счете - к ограничению пропускной способности кабеля.
Дисперсионные искажения имеют характер фазовых искажений сигнала и обусловлены различием времени распространения различных мод в световоде и наличием частотной зависимости показателя преломления.
Уширение импульсов возникает не только исключительно при прохождении сигнала через оптическое волокно, но и за счет прохождения сигнала через соединители, модулирующие, демодулирующие и другие устройства. В случае гауссовой формы импульсов все эти приращения длительности сигнала суммируются по квадратичному закону:
τ2вых= τ2вх + τ2u1 +…+τ2ui +…+τ2un , (37)
где • τвых - длительность импульса на выходе фотоприемника;
• τвх - длительность импульса на входе излучателя;
• τ2ui - уширение импульса в i-м элементе тракта.
Как правило, наибольшие искажения в сигнал вносит оптический кабель. Поэтому, согласно (37), зная длительность импульсов на входе и выходе тракта, можно рассчитать величину уширения импульсов в оптическом кабеле по формуле (10), причем значения τвых и τвх берутся на уровне половины амплитуды импульсов (рис.,10)