Многомодовое градиентное волокно
Наличие мод приводит к сильному расплыванию сигнала. Чтобы это нейтрализовать создали градиентное волокно. Суть его в следующем:
Профиль показателя преломления:
, где
– расстояние от оси сердцевины, 
;
– показатель степени, наиболее приемлимо, когда 
. Такой профиль называется параболическим.
Сердцевина имеет наибольший показатель преломления. За счет градиента показателя преломления луч идет не по прямой. Надо подобрать профиль, чтобы 
для всех лучей. Тогда на выходе оба луча придут одновременно.
В круглом волокне подобрать для всех лучей равенство в принципе нельзя. В плоском – можно.
В круглом почти совпадают явления дисперсии. Явления дисперсии уменьшаются на 2 порядка. Числовая апертура таких волокон 
меньше, чем у одномодовых – вводить свет хуже. Число мод у градиента: 
.
Число мод равно числу углов для ступенчатого многомодового волокна.
У градиентного траектории плавные, но мод у него в 2 раза меньше. Межмодовая дисперсия меньше
Одномодовое волокно – непрерывное поле сложной конфигурации. Траектории нет. Нет межмодовой дисперсии.
Потери в волокне
Величина потерь в волокне и оптическом кабеле является одним из основныхпараметров, определяющих характеристики линий передачи. Предел для волокна 0,19 дБ/км. Кварцевое волокно, которое является основным, обладает двумя факторами, обуславливающими потери:
|
|
|
1) поглощение;
2) рассеяние.
Поглощение связано с переходом энергии светового импульма в тепло, т. е. световой импульс нагревает волокно.
1. Световой импульс воздействует на внутриатомные электроны, передавая им свою энергию. Этот механизм находится в УФ области, а т. к. световой импульс лежит в ИК области, то на частотах работы оптических систем связи, УФ механизм поглощения проявляется своим хвостом.
2. Связан с раскачиванием самих атомов. Т. к. атомы более инерционны, то частота их раскачивания гораздо ниже и этот механизм поглощения имеет резонансы выше, чем диапазон оптических систем связи. Минимум на частотах 1,55 мкм.
Поглощение сильно зависит от состава кварцевого стекла, в котором либо есть легирующие добавки, либо примеси, обусловленные технологией изготовления.
Легирующие добавки вводятся, чтобы придатьволокну определенные свойства в диапазоне частот, а технологические – это качество технологии.
Рассеяние – кварцевое волокно неоднородно, в нем есть флюктуации показателя преломления волокна 
от точки к точке, что вызывает рассеяние света на этих флюктуациях, которое частично возвращается в точку излучения, частично рассеивается в оболочку, а там затухает. Это рассеяние называется Рэлеевским рассеянием.
|
|
|
~ 
.
Она быстро уменьшается с ростом длины волны. Возникает рассеяние за счет наведенной неоднородности (деформации). Если просуммировать эти факторы получается примерно:
Пик обусловлен технологией (наличием в кварце OH-радикалов)
На ранней стадии развития оптических систем было три окна прозрачности: 0,85; 1,3; 1,55. Первые оптические системы были на 0,85 мкм. В этом 1-ом окне прозрачности были созданы полупроводниковые лазеры и фотодиоды. В настоящее время большинство систем передачи работают в диапазоне 1,3 и 1,55. Ввиду совершенствования технологии изготовления диапазон 1,3 и 1,55 сливаются в 2,3,4,5 поддиапазоны до 1,6 мкм. На изгибах волокна потери возрастают по экспоненциальному закону.
Потери на рассеяние: 
~ 
, где 
- некоторый допустимый радиус.
~ 
.
– небольшая величина;
NA ~ 0,1;
a ~ 50 мкм;
~ 5 мм.
Волокно всегда имеет изгибы. Этот фактор приводит к ощутимым потерям.
Потери в кабеле
Надо различать потери в кабеле в бухте и потери в кабеле, проложенном в реальной системе передач. Потери в бухте обусловливаются помимо потерь в волокне наличием изгиба различного происхождения и наличием механических воздействий. Потери в кабеле, проложенном в конкретной системе передач добавляют к перечисленным потерям в местах сварки и потерях в разъемных соединениях.
|
|
|
– строительная длина кабеля.
Соеднияют волокно сваркой. Потери при этом неизбежны. Потери на сварку 
на одну сварку, а ~ 2 км. Потери в разъемном соединении до 0,5÷1 дБ на одно разъемное соединение, при условие, что разъемное соединение качественное:
1) стыкуемые волокна должны иметь одинаковый диаметр:
;
2) разъем не должен допускать смещений или перекос по углу:
;
3) граница волокна (скал) должен быть максимально плоским к оси волокна
;
4) запрещено попадание в разъем посторонних веществ (пыль, грязь и т. д.).
Одномодовый режим волокна
Многомодовое волокно имеет основной недостаток – большую величину межмодовой дисперсии. Это не позволяет реализовать на многомодовом волокне большие скорости передачи. В одномодовом волокне такого вида дисперсии нет, что делает его гораздо более широкополосным. Поэтому в начтоящее время в большинстве случаев применяется одномодовое волокно.
С чисто геометрической точки зрения одномодовое волокно отличается малым диаметром сердцевины, что обеспечивает работу его как волновода на одной моде.
|
|
|
Как и в металлическом волноводе, одномодовый режим может быть проанализирован путем строгого решения электродинамической задачи для 2-хслойного диэлектрического волновода.
В любом волноводе может существовать большое число мод.
В металлическом волноводе основная волна 
, в диэлектрическом – 
. – гибридная волна, на которой выполняется граничное условие.
– безразмерный параметр.
Для волны параметр может быть 
.
Для основной волны :
(для одномодовой)
.
Чтобы выполнить условие одномодового режима.
.
Для многомодового волокна: 
.
Как достигают одномодовый режим:
1) изменяют радиус сердцевины;
2) изменяют числовую апертуру;
3) изменяют длину волны 
.
Чаще всего меняют и . Радиус примерно равен 10 мкм, но очень маленький тоже делать нельзя. Стараются делать радиус побольше из энергетических соображений.
Для одномодового волокна: 
.
Но такое волокно обладает очень большой пропускной способностью. В одномодовом волокне распространяется не 1 волна, а 2 ортогональные волны.
Рассмотрим это:
В принципе 1-модовый режим состоит из 2-х взаимно ортогональных мод.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 577; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!