4.3 Дополнительные кабельные затухания
Дополнительное затухание, обусловленное кабельными потерями (αк), состоит из суммы по крайней мере семи видов парциальных коэффициентов затухания [11]
, (4.3.1)
где
α’1 – возникает вследствие приложения к ОВ термомеханических воздействий в процессе изготовления кабеля;
α’2 – вследствие температурной зависимости коэффициента преломления материала ОВ;
α’3 – вызывается микроизгибами ОВ;
α’4 – возникает вследствие нарушения прямолинейности ОВ (скрутка);
α’5 – возникает вследствие кручения ОВ относительно его оси (осевые напряжения скручивания);
α’6 – возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ;
α’7 – 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 α’3 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 микроизгиба α’3 можно определить из выражения [11]:
, (4.3.2)
где
k3 = 0,9 ÷ 1,0;
Nи – число неоднородностей в виде выпуклостей со средней высотой уи на единицу длины;
а – радиус сердцевины;
b – диаметр оптической оболочки;
Δ – относительное значение показателя преломления;
n1 и n2 – показатели преломления сердцевины и оболочки;
E0 и Ec – модули Юнга оболочки и сердцевины ОВ.
4.4 Методы измерения затухания
Все методы измерения затухания в оптических волокнах делятся на две группы: методы светопропускания и методы обратного рассеяния.
4.4.1 Методы светопропускания
Имеются два способа выполнения измерений по методике с использованием светопропускания (рисунок 4.5): метод обрыва и метод вносимых потерь [12].
Рисунок 4.5 – Метод светопропускания
При методе обрыва определяется световая мощность в двух точках световода: L1 и L2. Обычно точка L2 находится на дальнем конце световода, а точка L1 – очень близко к его началу. При проведении измерений световая мощность Р сначала измеряется на конце в точке L2 (км), а затем в точке L1 (км), причем световод должен быть обрезан в точке L1, но при этом не должны изменяться условия ввода между источником света (передатчиком) и световодом. Затем коэффициент затухания α (дБ/км) световода рассчитывается по формуле
. (4.4.1)
Этот метод не лишен недостатков, так как необходимо отрезать короткий кусок волоконного световода, что, например, при использовании волоконно-оптических кабелей с соединителями нецелесообразно. В данном случае полезным является метод вносимых потерь, при котором измеряется световая мощность на дальнем конце испытуемого световода, а затем она сравнивается со световой мощностью на конце короткого отрезка световода. Такой отрезок световода служит эталоном и должен быть сопоставим с испытываемым световодом по структуре и характеристикам. Во время проведения измерения следует позаботиться о том, чтобы условия возбуждения эталонного отрезка были одинаковыми, насколько возможно с условиями ввода для испытуемого отрезка световода. Из-за этих ограничений точность и воспроизводимость метода вносимых потерь менее предпочтительны, чем у метода обрыва.
Можно считать недостатком то, что речь идет о суммарном измерении по всему отрезку световода, которое не дает информации о локальных измерениях затухания по длине световода. Кроме того должен иметься доступ к обоим концам волоконного световода.