Влияние деформации на оптическую систему
Оптоволоконные сети являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Кроме того оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные проблемы медных систем связи. Оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями. Несмотря на то, что эта технология все еще остается дорогостоящей, цены на оптические компоненты постоянно падают, в то время как возможности медных линий приближаются к своим предельным значениям и требуются все больших затрат на дальнейшее развитие этого направления. С одной стороны передача информации по волоконно-оптическим линиям имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю [1, 21-23], поэтому стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ [2, 27-29], вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне [3, 38-40]. С другой стороны для улучшения качества передачи сигнала, скорости передачи и объема передачи необходимо изучались и продолжают изучаться физические свойства оптического волокна. Важным направлением является изучение влияния деформации на показатель преломления сердечника оптического волокна [4, 16-20]. Вопервых, из-за особенностей определения геометрической длины волокна (длина определяется оптическими методами по времени распространения сигнала, которое зависит от показателя преломления), и из-за изменения значения показателя преломления, который зависит не только от материала, но деформации материала [5, 38-41; 6, 54-56]. А так же, из-за того, что сам показатель преломления будет определять характер распространения света в волокне, оказывать влияние на поляризацию и потери в процессе распространения сигнала. Для более глубокого изучения этих процессов производились исследования деформации изгиба оптического волокна, которые позволили получить новые данные о свойствах волокна. В статье описаны результаты исследований оптического волокна при изгибе, которые проводились с требованием МЭК 60794-1-2 [7] с отсутствием растягивающей нагрузки. В экспериментальной схеме использовался лазерный источник и приемник излучения на λ 1 = 1310нм и λ 2 = 1550нм, искусственно создавался изгиб оптического волокна, радиус изгиба изменялся. Измерения проводились в одномодовом режиме. Впервые проводились исследования при разрыве волокна, в виде разрыва оптических наконечников в розетке. При измерениях волокно перемещалось таким образом, что создавался изгиб, угол которого менялся в пределах от 0° до 180°, при этом проводились замеры затухания сигнала в зависимости от угла изгиба. На длине волны λ 1 = 1310нм проводились измерения затухания при изменении угла изгиба и расстояния между торцами оптических наконечников. Первые измерения зависимости затухания и радиуса кривизны (рис.1). Дальнейшие измерения проводились для трех радиусов кривизны Rкр1=4,8мм, Rкр2=2,9мм и Rкр3=2,3 мм. Для изменения расстояния между торцами оптических наконечников в розетке дополнительно устанавливались вставки толщиной 2,2 мм и 4,9 мм. Для каждой были проведены серии измерений при изменении угла изгиба от 0 0 до 1800 для трех радиусов кривизны. Данные, полученные в результате измерений представленные на рис.2.
|
|
|
|
|
|
Сплошной линией в каждой серии графиков показано затухание при наибольшем радиусе кривизны Rкр1=4,8 мм, пунктирной при Rкр2=2,9 мм, штрих пунктирной при Rкр3=2,3 мм. Для λ 2 = 1550нм измерения затухания при изменении угла изгиба проводились для шести радиусов кривизны Rкр1=6 мм, Rкр2=5,5 мм, Rкр3=5,4 мм, Rкр4=3 мм, Rкр5=2,2 мм, Rкр6=1,5 мм, Rкр7=1,4 мм. Данные, полученные в результате измерений представленные на рис.3.
На основании полученных данных можно сделать следующие выводы: 1. При прохождении сигнала по изогнутому одномодовому оптическому волокну происходит затухание сигнала на выходе (рис.1), даже при заявленных технических характеристиках волокна (диаметр изгиба 10 мм не ведет к затуханию сигнала). 2. Затухание сигнала растет при уменьшении радиуса кривизны (рис.2, рис.3).
|
|
|
3. С увеличением расстояния между торцами оптических наконечников оптический сигнал затухает сильнее (рис.4), то есть угол искривления, или угол при котором становятся заметны различия в затуханиях сигнала, уменьшается.
4. С ростом длины волны угол поворота, при котором возникают заметные потери сигнала в волокне, уменьшается с уменьшением радиуса кривизны оптического волокна (рис.5).
В результате обобщения полученных данные можно отметить следующую тенденцию: разность вносимых потерь при различных расстояниях между торцами оптических наконечников с увеличением угла изгиба увеличивается быстрее для малых радиусов кривизны. Последнее говорит о том что, происходит изменение направления максимума диаграммы направленности из торца оптического наконечника или (и) возможно поперечное смещение диаграммы направленности, вызванное сдвигом максимума поля моды, как результат отсутствия перпендикулярности волнового фронта и оси волокна вблизи торца наконечника. Помимо этого, при малых углах, отклонение волнового фронта от оси сердечника не превышается предельный угол скольжения и тем самым обеспечивается полное внутреннее отражение и связанные с ним малые потери, характерные для углов поворота меньших 700 (рис.2, рис.3). Следует также учитывать возникновение поляризационной модовой дисперсии, изменение показателя преломления вследствие эффекта фотоупругости, приводящее к погрешностям в определении длины оптического волокна рефлектометрическими методами, локальное изменение поля моды, приводящее к увеличению плотности потока энергии и возникновению нелинейных эффектов.
|
|
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Слюсарев Г. Г. Методы расчета оптических систем. Л.: Машиностроение, 1969. 672 с.{ https://www.studmed.ru/slyusarev-gg-raschet-opticheskih-sistem_e493a152d80.html }
2. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. М.: Наука, 1971. 940 с.
{ https://obuchalka.org/2011041554435/spravochnik-po-fizike-yavorskii-b-m-detlaf-a-a.html }
3. Каталог „Бесцветное оптическое стекло СССР“. М.: Дом оптики, 1990. 130 с.
{ https://meshok.net/item/199604976 }
4. Волосов Д. С. Фотографическая оптика (Теория, основы проектирования, оптические характеристики): Учеб. пособие для киновузов. М.: Искусство, 1978. 543 с.
{ https://www.studmed.ru/volosov-ds-fotograficheskaya-optika-teoriya-osnovy-proektirovaniya-opticheskie-harakteristiki_69e68c271c4.html }
5. Русинов М. М. Несферические поверхности в оптике. М.: Недра, 1973. 296 с.
{ http://e-heritage.ru/ras/view/publication/general.html?id=46105909 }
6. Зверев В. А. Замечание к расчету температурного изменения воздушных промежутков в оптической системе // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1967. № 9. C. 96—100.
{ https://pribor.ifmo.ru/file/article/17869.pdf }
7. Справочник конструктора точного приборостроения / Под ред. Ф. Л. Литвина. М.—Л.: Машиностроение, 1964. 944 с.
{ https://lib-bkm.ru/10274 }
8. РТМ 23—61. Методика расчета размерных цепей (на базе теории вероятностей). М.: Стандартгиз, 1962. 43 с.
{ https://static.my-shop.ru/product/pdf/254/2533650.pdf }
9. Смирнов Н. В., Дунин-Барковский И. В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1969. 512 с.
{ http://e-heritage.ru/ras/view/publication/general.html?id=46105909}
10. Cоветский энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. М.: Сов. энциклопедия, 1988. 1600 с.
{https://obuchalka.org/20190108106400/sovetskii-enciklopedicheskii-slovar-prohorov-a-m-1988.html}
11. Инженерный справочник по космической технике / Под ред. А. В. Солодова. М.: Воениздат, 1969. 693 с.
{https://www.studmed.ru/solodov-av-inzhenernyy-spravochnik-po-kosmicheskoy-tehnike_8a06bd647cc.html}
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 100; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!