Определение потерь пропускания в световоде ВОЛС

ЗАДАНИЕ

Для световода, изготовленного из кварца с легированной Ge жилой при прохождении через него излучения ГП GaAlAs лазера мощностью 50мВт с длиной волны 0,82мкм

Рассчитать:

-суммарные потери пропускания;

-мощность на выходе световода;

-число распространяющихся мод

в соответствии с вариантами: L (км); Z (мкм); N_Ge (%)

NGe L/Z	0,5	0,75	1,0	1,25	1,5
2/1
4/2
6/3
8/4
10/5

Задание подготовил Вигдорович Е.Н.

Определение потерь пропускания в световоде ВОЛС

(Методическое пособие для курсовых и расчетных работ)

Передача света по волоконно-оптическим световодам основана на использовании эффекта полного внутреннего отражения. Волновод представляет из себя цилиндрическое двухслойное волокно и поскольку внутренняя жила оптически более плотная, чем оболочка, то для лучей, входящих в световод под малыми углами по отношению к оси цилиндра, выполняется условие полного внутреннего отражения. При попадании световой волны на границу с оболочкой вся ее энергия отражается внутрь сердцевины. То же самое происходит и при всех последующих отражениях и, таким образом, свет распространяется вдоль оси световода, не выходя через оболочку.

Максимальный угол отклонения от оси, при котором еще имеет место внутреннее отражение, определяется простым соотношением

sinφ_o = = A_o (1)

где п₁ и п₂ – коэффициенты преломления для жилы и оболочки, соответственно;

А_о – числовая аппертура

Лучи, падающие на торец световода под углами больше φ_o,при взаимодействии с оболочкой не только отражаются, но и преломляются, в результате чего часть энергии уходит из свотовода. В конечном итоге, после многих отражений и преломлений от границы жила-оболочка световой поток полностью рассеивается.

Основным материалом для изготовления оболочки световодов является чистый, нелегированный кварц (SiO₂). Повышение коэффициента преломления в кварцевой жиле достигается путем легирования его различными примесями (GeO₂, Al₂O₃, TiO₂, P₂O₅ и др.)

Потери пропускания — важнейшая характеристика световодов, определяющая возможность их практическо­го применения. количественной оценки служит затухание светового сигнала [дБ], определяемое как

(2)

где P_вх и Р_вых —мощности сигнала в световоде у входного и выходного торцов.

В₀ – коэффициент потерь (дБ), зависящий от материала световода.

Потери пропускания в оптической среде обусловлены действием механизмов абсорбции и рассеяния. Абсорб­ционные потери связаны прежде всего с поглощением света на красящих центрах -ионах примесей, из кото­рых наиболее «неприятными» являются металлы группы медь — хром.

Потери на рассеяние зависят, прежде всего, от нали­чия в стекле или кварце пузырьков, кристаллических включений, не растворившейся шихты и т. п. При совер­шенной технологии, когда указанные факторы устране­ны, остается релеевское рассеяние, вызванное флюктуациями плотности или состава материала по объему.

Общая формула, описывающая ос­лабление светового сигнала при его передаче с помощью волоконно-оптического жгута, имеет вид

B_полн = B_ап +B_ось + B_уп + В_Фр + В_отр + В_погл (2)

где B_an - апертурные потери, обусловленные несовпаде­нием апертур излучателя и световодов;

… B_ось – потери из-за осевого рассогласования

В_уп - потери упаковки, связанные с тем, что лишь часть площади торца жгута волокон занята световедущими жилами;

В_Фр - френелевские потери на отражение от торцов световодов;

В_отр - потери отражения на границе жила - оболочка при многократных актах полного внутреннего отражения;

В_погл - потери поглощения в материале световедущей жилы.

Потери на внеапертурные потери для плоского ламбертовского источника близки к

B_ап= В_о lg (A₀) ^-2 (3)

где А₀ (см. ур 1), связано с коэффициентами преломления оболочки и жилы.

Коэффициент преломления жилы (п₁) сильно зависит от концентрации легирующей примеси (N_i) и может быть рассчитана по уравнению

n₁ = n₂ + N_i/100 (4)

Потери от осевого рассогласования на стыке можно найти по формуле

(5)

Z –расстояние между торцами на стыке

Потери упаковки в основном зависит от совмещения размеров жилы (D_ж) и излучателя (D_и)

В_уп =0,3 В₀ (D_ж / D_и)² (6)

Потери отражения на границе жила—оболочка опре­деляются соотношением

B_отр = 0,5(A₀/n₂)(l/D_ж)ξ (7)

где ξ - доля потерь энергии при единичном акте отраже­ния. (10^-6 дБ для достаточно совершенных границ раздела)

Если считать, что потери поглощения в стекле, обус­ловленные различными факторами, независимы друг от друга, то справедливо соотношение

(8)

где В_р — релеевские потери, дБ/км;

σ - удельные потери для данной примеси (дБ/км %),

a N_i— концентрация этой примеси в %.

Дисперсия светового импульса при его распространении по волокну определяется, в основном, волноводной дисперсией, обусловленной различием скоростей распространяющихся волн различных мод. Это объясняется различием путей, проходимых световым лучом, распространяющимся вдоль оси световода, и лучом, падающим на торец под углом φ₀.

Число мод определяется значением приведенной групповой скорости

υ_г = πD_жА₀/λ (9)

Одномодовый режим устанавливается при выполнении условия υ_г < 2,4. В многомодовых световодах число распространяющихся мод составляет

N_м = υ_г/2 (10)

Дата добавления: 2015-10-24