4. Расчет параметров ок.

Простейшее оптические волокна (ОВ) представляет собой круглый диэлектрический (стекло или прозрачный полимер) стержень, называемый сердцевиной, окружённый диэлектрической оболочкой. Показатель преломления материала сердцевины n₁ всегда больше показателя преломления оболочки n₂.

Показатель преломления оболочки обычно постоянен, а показатель преломления сердцевины в общем случае является функцией поперечной координаты. Эту функцию называют профилем показателя преломления.

Если сердцевина имеет постоянное по диаметру значение показателя преломления, то такие ОВ называют ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления или ступенчатым (рис.4.1а).

Е сли показатель преломления сердцевины от центра к краю изменяется плавно, то такие ОВ называют ОВ с градиентным профилем показателя преломления или градиентным (рис.4.16).

Рис.4.1 Радиальные профили показателей преломления 0В а — ступенчатый: б — градиентный

Д ля передачи сигналов по ОВ используется известное явление полного внутреннего отражения на границе раздела двух диэлектрических сред (n₁ > n₂), при этом угол полного внутреннего отражения

С другой стороны, величина угла полного внутреннего отражения зависит от соотношения диаметра сердцевины d_с и длины волны ;

Рис.4.2 Распространение луча в ОВ.

Таким образом, по ОВ будут эффективно передаваться только лучи, заключенные внутри телесного угла (рис.4.2), величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется числовой апертурой

г де n₁ и n₂ - показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно.

Лучи падающие на торец ОВ вне телесного угла, образуют так называемые пространственные волны, которые являются паразитными, отбирающими энергию волны сердцевины.

В зависимости от числа распространяющихся на рабочей частоте мод ОВ имеют два режима работы: одномодовые и многомодовые. Число мод зависит от соотношения диаметра сердцевины и длины волны. В настоящее время принято при длинах волн равным 0,85 - 1,55 мкм применять 0В с диаметров сердцевины 8 - 10 мкм для одномодовой передачи и с d_c=50 мкм — для многомодовой.

Режим работы характеризуется обобщенным параметром V, который рассчитывается по следующей формуле.

Так как 2,405<V, то это означает что режим многомодовый.

Число передаваемых мод можно определить по формуле

Определим критическую частоту:

О пределим критическую длину волны:

Рассчитаю передаточные характеристики кабеля.

Ослабление сигнала в ОВ обусловлено собственными потерями и дополнительными потерями α_к, обусловленными неоднородностями конструктивных параметров, возникающих при деформации и изгибе световодов в процессе наложения покрытий и защитных оболочек при изготовлении кабеля. Коэффициент затухания: α = α_с+ α_доп

Собственные потери α_с состоят из трёх составляющих; ослабления за счет поглощения α_п, ослабления за счет наличия в материале ОВ посторонних примесей α_пр(не учитываются при расчете характеристик кабеля в окнах прозрачности), ослабления за счет потерь на рассеяние α_р.

Отсюда α_с= α_п+ α_пр+ α_р.

Ослабление за счёт поглощения _п линейно растёт с частотой и связано с потерями на диэлектрическую поляризацию. Фактически эти потери обусловлены комплексным характером показателя преломления сердцевины, который связан с tg угла диэлектрических потерь световода.

При современном уровне технологии изготовления ОВ коэффициент преломления очень мал.

П отери энергии также существенно возрастают из-за наличия в материале ОВ посторонних примесей таких как гидроксильные группы (ОН), ионы металлов и др. Из-за примесей возникают всплески ослабления на волнах 0,95 и 1,4 мкм. При этом наблюдаются три окна прозрачности световода с малыми ослаблениями в диапазонах волн 0,8-0,9, 1,2-1,3, 1,5-1,6 мкм.

Т ак как длина волны равна 1,3мкм (второе окно прозрачности) значит _пр можно пренебречь. _пр=0дБ/км.

Р ассеяние обусловлено неоднородностями электрических параметров материала ОВ, примесями, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.