СЛАЙД 4

СЛАЙД 3

При прокладке и монтаже оптического кабеля особенно внутри помещений невозможно избежать изгибов волокна, что влечет за собой дополнительные потери. Допустимый радиус изгиба нормируется для различных типов оптических волокон. Изгибы могут также специально создаваться для ввода и вывода излучения через боковую поверхность волокна. Такие изгибы могут использоваться в сварочных аппаратах для измерения вносимых потерь в соединениях волокон (система LID) и при организации служебной связи. Специально созданный изгиб может использоваться для несанкционированного доступа к передаваемой по волокну информации. Поэтому очень важно уметь производить расчеты коэффициента затухания изогнутого участка стандартного волокна и изгибных потерь, в целом.

СЛАЙД 4

СЛАЙД (2.14 Рефлектограммы потерь в SM волокне на трех длинах волн)

Из рисунка видно, что в изогнутом волокне потери увеличиваются с увеличением длины волны. Объясняется это тем, что при этом увеличивается диаметр моды и все большая часть мощности моды излучается в оболочку волокна. Этот факт используется в рефлектометрии для поиска мест изгиба волокон.

Диаметр моды и, соответственно, относительные мощности, распространяющиеся в сердцевине и оболочке волокна, зависят не только от длины волны.

СЛАЙД

Рис. 3.5. Качественное представление сдвигов поля основной моды, обусловленных одиночным изгибом (а); двумя изгибами с противоположными радиусами кривизны (б) и различными радиусами изгиба (в).

Кроме потерь на излучение, связанных с изгибом волокон, существуют переходные потери, обусловленные резким изменением радиуса кривизны изгиба, как это показано на рисунке 3.5 в сечении АА^’.

Причиной потерь здесь является рассогласование потерь, и поэтому падающее поле возбуждает не только локальные моды, но и моды излучения, которые и определяют переходные потери.

СЛАЙД (Волокно G:657)

Слайд

Для расчета потерь мощности, связанных с частичным излучением поля на изгибе, можно использовать приближенную модель волокна, согласно которой изогнутое волокно представляется токовой антенной бесконечно малой толщины, излучающей в неограниченную среду с показателем преломления, равным показателю преломления оболочки.

В рамках приближения слабонаправляющего волновода излученная мощность не зависит от состояния поляризации волны, при условии R _с >> a. Для этого случая полная излученная из изогнутого волокна мощность будет равна:

, (3.12)

где ; величина I_c задается выражением:

. (3.13)

Доля мощности, излученная из петли длиной 2π R_c, определяется отношением полной излученной мощности к начальной мощности моды:

(3.14)

Из (3.13-3.14) следует, что часть мощности, теряемая на единице длины, или коэффициент затухания мощности γ (Нп/м):

. (3.15)

Доминирующей в этом выражении является экспоненциальная зависимость коэффициента затухания от отношения радиуса изгиба к радиусу сердцевины волокна, т.к. при R_c >> a коэффициент затухания очень мал и относительно «нечувствителен» к остальным множителям выражения

Поскольку химический состав сердцевины и оболочки данного волокна нам не был известен, мы предположили, что оболочка изготовлена из чистого кварца, а сердцевина легирована примесями, увеличивающими показатель преломления. Состав стекла оболочки выбирался, исходя из известной высоты профиля.

Необходимый для проведения расчетов радиус сердцевины волокна a оценивался с использованием приближенного выражения для радиуса модового поля w:

(3.24)

где NA - числовая апертура, определяемая выражением (1.5). Поскольку диаметр модового поля w для каждого волокна известен, уравнение (3.24) можно решить относительно a численным методом.

Полученные для каждого из указанных в табл. 3.1 параметры сведены в табл. 3.2.

Для расчета зависимостей показателей преломления сердцевины и оболочки волокна от длины волны использовалось известное уравнение Селлмейера:

, (3.25)

где A_si и λ _si (i = 0, 1, 2) – коэффициенты Селлмейера, которые для различных стекол приведены в табл. 3.3. Заключение

Проведенные расчеты показали, что потери в изогнутом участке волокна существенно зависят от его конструкции. Например, было замечено, что они уменьшаются при увеличении высоты профиля. В табл. 3.4 представлены результаты расчета коэффициента затухания изогнутого участка для волокон с чисто кварцевой оболочкой, диаметром сердцевины 4.5 мкм и различной величиной высоты профиля, которая достигалась использованием для сердцевины германиево-силикатных стекол с различной концентрацией легирующей примеси оксида германия.

Таблица 3.4

Концентр. легир. примеси GeO2, %	3.1	3.5	4.1	5.8	7.0	7.9	13.5
Высота профиля на длине волны 1.55 мкм	0.0032	0.0038	0.0043	0.0061	0.0078	0.0083	0.0149
Коэфф. затух. изогн. участ. (дБ/м) на дл. волны 1.55 мкм с радиусом	3 мм	12593.1	6140.0	2500.2	48.4	0.31	0.044	7.6×10^-15
4 мм	5539.6	1971.8	558.1	2.47	2.6×10^-3	1.9×10^-4	0.0
5 мм	2516.7	654.0	128.7	0.13	2.2×10^-5	8.2×10^-7	0.0
6 мм	1167.0	221.4	30.28	0.007	2.0×10^-7	3.7×10^-9	0.0

Из таблицы 3.4 видно, что изгибные потери быстро убывают с ростом высоты профиля. Однако увеличение высоты профиля приводит к ухудшению других параметров волокна, например, к уменьшению диаметра модового поля.

Рис. 2.14. Рефлектограммы потерь в SM волокне на трех длинах волн.

Волокно g657 (малочувствительное к изгимам)

Таблица: волокна, чувствительные к изгибам

Дата добавления: 2015-08-20