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:

Разработка схемы функциональной информационно-измерительной системы
АБС состоит из следующих основных компонентов: Датчики скорости либо ускорения (замедления), установленные на ступицах колёс транспортного средства. Управляющие клапаны, которые ...

Моделирование системы управления углом поворота инерционного объекта
Дана функциональная схема системы управления углом поворота нагрузки и алгоритм работы ЭВМ изображение на рис. 1 и рис. 2 соответственно. Рис. 1. Функциональная схема системы упр ...

Разработка системы нумерации абонентских линий
Прежде чем создавать системы связи со всем имеющимся оборудованием, необходимо произвести расчеты, опираясь на количество абонентов. Однако здесь нам уже необходимо рассматривать абонен ...