Вносимые потери

Вносимые потери обычно зависят от типа волокна (многомодовое или одномодовое), типов и качества соединителей и составляют от 0,3 до 0,5 децибела. Вносимые потери можно разбить на две категории: внутренние и внешние потери. Внутренние потери определяются факторами, которые невозможно контролировать (достичь их улучшения при заделке волокна в соединитель), а именно парной вариацией диаметров сердцевин, показателей преломления, числовых апертур, эксцентриситетов сердцевина/оболочка и концентричностей сердцевины у волокон с разных сторон. Причем следует аддитивно учитывать все эти потери. Можно ожидать случайное изменение этих факторов даже в том случае, когда волокна одинакового стандарта или с одной и той же катушки. Эти факторы проявляются меньше на непрерывном сегменте оптического кабеля, так как они плавно меняются с длиной. На внутренние потери влияет технология производства волокна и соответствующие критерии контроля качества, а не конструктор соединителя. Зная разброс значений перечисленных выше параметров, можно определить максимальное значение внутренних потерь.

Потери из-за вариации показателей преломления являются следствием чисто френелевского отражения и определяются в простейшем случае для волокна со ступенчатым профилем как

a_F=-10lg((4n₁n₂/ n₁+n₂)²) [дБ], (2-1)

где n₁ и n₂ -показатели преломления волокон (зазора между волокнами нет). Эти потери пропадают только при равенстве показателей преломления. Потери при вариации апертур возникают в том случае, если апертура волокна, передающего сигнал NA₁, больше апертуры волокна, принимающего сигнал NA₂, и определяются как

a_NA=-10lg(NA₂/NA₁)² [дБ]. (2-2)

При NA₁<NA₂ апертурные потери не возникают. Потери при вариации диаметров возникают, когда диаметр передающего волокна меньше диаметра принимающего, и определяются соотношением

a_D=-10lg(D₂/D₁)² [дБ], (2-3)

где D₁ и D₂ -диаметры передающего и принимающего волокон соответственно. При D₁<D₂ потери не возникают.

Внешние потери - это потери, которые являются следствием несовершенства как самой конструкции соединителя, так и процесса сборки оптического шнура. Внешние потери зависят от таких факторов как: механическая нестыковка (угловое смещение θ, радиальное смещение L,осевое смещение S); шероховатости на торце сердцевины; загрязнение участка между торцами волокон, рис. 2.3.

Потери при угловом θ, радиальном L и осевом S смещениях определяются соответственно формулами (рис. 2.3 a, б, в)

a_θ =-10lg(1-2/π*θ/arcsin NA) [дБ], (2-4)

a_L=-10lg[1-4/π *L/D] [дБ], (2-5)

a_S=-10lg[1/(1+2(S/D)tg[arcsin(NA/n₀)])]² [дБ], (2-6)

где NA - апертура волокна, D - диаметр светонесущей части волокна, L - радиальное смещение, S - осевое смещение, n₀ - показатель преломления среды, заполняющей пространство стыка.

Некачественная полировка торцов волокон, а также трение, возникающее при многократном переподключении соединителей (имеющих физический контакт), может привести еще к одному типу потерь - потерь, связанных с рассеянием на микротрещинах (рис. 2.3 г).

Приведенное соотношение для потерь при осевом смещении учитывает только фактор апертурной расходимости светового потока. Однако при появлении зазора между волокнами появляется и френелевское отражение из-за того, что среда, заполняющая пространство между открытыми плоскостями торцов волокон имеет отличный от волокон показатель преломления, рис. 2.4.

С учетом двух скачков показателей преломления коэффициент прохождения определяется из соотношения:

D_F=4n₁²n² / 4n₁²n² +(n₁²- n²)² sin²(2πnS/λ). (2-7)

При величине зазора, сравнимой с длиной волны или большей, по осцилляциям синуса можно произвести усреднение. Тогда потери определяются как

a_F=-10lgD_F=-10lg(2n₁n/(n₁²+ n²)) [дБ], (2-8)

где n₁ - показатель преломления волокна (~1,5), одинаковый для обоих сторон, n - показатель преломления в зазоре, рис.2.4. В случае воздушного зазора (n=1) потери составляют 0,35 дБ. Френелевские потери можно уменьшить, подбирая наполнитель между соединителями, близкий по показателю преломлении к волокну, или делая зазор много меньше длины волны.

Обычно суммарные потери в соединителе составляют до 0,3-0,4 дБ для одномодового и многомодового волокон. При этом, естественно, более жесткие требования предъявляются к качеству одномодового соединителя.

Дата добавления: 2015-07-11