Характеристики световодов. Числовая апертура. Потери. Дисперсия сигналов оптического излучения. Поляризационные свойства световодов

Важнейшей характеристикой световода является числовая апертура, определяемая выражением:

(3)

или , (4)

где qo - угол ввода излучения в световод, при котором j = jкр.

Числовая апертура определяет максимальный угол непрерывного спектра углов падения (спектра пространственных частот), которые могут эффективно возбудить световод.

Номинальная числовая апертура (NA при noc=1) определяется формулой

, (5)

где Dn - разность показателей преломления сердцевины и оболочки.

Для поперечно неоднородных световодов вводится понятие локальной числовой апертуры, связанной с показателем преломления в текущей точке поперечного сечения и являющейся для цилиндрических световодов функцией радиуса:

(6)

Числовая апертура определяет диапазон углов, под которыми излучение может вводиться в световод и выходить из него. Числовая апертура кварцевых световодов, используемых в кабелях связи, обычно равна 0,1 в одномодовых световодах и 0,2 в многомодовых. Числовая апертура определяется значениями показателей преломления сердцевины и оболочки (в одномодовых световодах nc»1,478, no»1,475). Увеличение показателя преломления сердцевины обусловлено добавками к SiO2 нескольких процентов GeO2 или P2O5, а уменьшение показателя преломления в оболочке обусловлено добавками, например B2O3.

Потери излучения в световодах измеряются отношением интенсивности выходного (прошедшего) и входного (падающего) световых потоков:

Т = I вых / I вх. (7)

Потери создаются поглощением в материалах сердцевины и оболочки, неровностью отражающих поверхностей, неоднородностью показателей преломления по длине волокна, просачиванием света в оболочечные и вытекающие моды и другими явлениями [3-5].

Потери мощности в световоде определяются потерями в материале, из которого он выполнен, и потерями, специфическими для данного волновода. Потери в исходном материале вызваны поглощением и рассеянием и определяют минимально возможные потери в световоде.

Имеются три основных вида поглощения:

собственное поглощение. Проявляется при идеальной структуре материала. Механизм этих потерь связан с поведением диэлектрика с идеальной структурой в электромагнитном поле. Собственное поглощение характеризует нижний предел поглощения для данного диэлектрика;

примесное поглощение. Обусловлено наличием ионов металлов переходной группы: Fe2+, Cu2+, Cr3+ и др. Ионы металлов переходной группы, присутствующие в стекле, имеют электронные переходы в области рабочих длин волн и вызывают соответствующие полосы поглощения. Существенно влияющей на поглощение примесью является вода, присутствующая в виде ионов ОН;

поглощение, обусловленное дефектами атомной структуры материала. Потери вследствие рассеяния вызываются несколькими механизмами. Во всех оптически прозрачных веществах свет рассеивается в результате флюктуаций показателя преломления. Показатель затухания, обусловленного рассеянием, можно найти по формуле:

, (8)

где n - показатель преломления; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; c - сжимаемость.

Такое рассеяние называется рэлеевским. Оно обратно пропорционально четвёртой степени длины волны и характерно для неоднородностей, размеры которых менее длины волны, а расстояние, между которыми достаточно велико.

Кроме флюктуаций плотности, существенными также являются флюктуации концентраций окислов. Добавляемые в стекло окислы изменяют показатель преломления, поэтому неоднородность концентрации создает большие флюктуации показателя преломления [8].

Прочтите также:

Расчет электронного фильтра аналогового сигнала
Разработать фильтр аналогового сигнала. Устройство должно содержать 3 канала фильтрации аналогового сигнала: . Фильтр низкой частоты 5 порядка с частотой среза 400 Гц. Сопроти ...

Синтез систем управления реверсивного электропривода
Наименование параметра Значение Параметры двигателя: а) фазность СШД б) порядок включения обмоток Характеристика СУ: а) полярность б) компле ...

Инженерно-психологическое и эргономическое проектирование Монитора пациента
В настоящее время непрерывно расширяется область применения методов регистрации параметров биосигналов в практических и исследовательских задачах. Современный уровень научных достижений ...