Заключение

Волоконные световоды в настоящее время являются самой совершенной физической средой для высокоскоростной передачи больших потоков информации на значительные расстояния.

Широкое применение оптических волокон в современных системах передачи информации обусловлено рядом физических и технических особенностей стекловолокон: значительной широкополосностью, сравнительно малым затуханием, малым весом и габаритами, использованием недорогих и недефицитных материалов, устойчивостью к влияниям внешних электромагнитных полей, значительным сроком службы и т.д.

В качестве оптических систем передачи наибольшее распространение получили цифровые системы, в которых электрический сигнал, создаваемый временным методом, с использованием принципов импульсно-кодовой модуляции, преобразуется в определенную кодовую последовательность оптических сигналов.

Принцип действия оптических волокон основан на явлении полного внутреннего отражения на границе раздела двух диэлектрических сред (сердечник–оболочка), обладающих различными значениями показателя преломления. В зависимости от числа направляемых мод волоконные световоды подразделяются на одномодовые и многомодовые, а в зависимости от профиля показателя преломления – на ступенчатые и градиентные. Одномодовые световоды, в свою очередь, подразделяются на оптические волокна со смещенной и несмещенной дисперсией, а также с выровненной и вдавленной оболочками. Именно одномодовые световоды, благодаря наивысшей пропускной способности и малому затуханию нашли применение при организации каналов дальней связи. Для создания устройств интегральной оптики (модуляторы, переключатели, дефлекторы света, микролазеры, соединители, фильтры, направленные ответвители и т. д.) широкое применение получили планарные световоды.

Одной из основных характеристик волоконных световодов является числовая апертура, от значения которой зависят эффективность ввода излучения лазера или светодиода в световод, потери на микроизгибах, дисперсия импульсов, число распространяющихся мод. Из всей номенклатуры волн в оптических кабелях наибольшее применение имеет волна типа НЕ₁₁ (или ЕН₁₀), получившая название основной (фундаментальной) моды, которая и обеспечивает одномодовому световоду максимальную пропускную способность. Важным понятием волоконной оптики является нормированная частота, которая определяет область существования тех или других волн в световоде.

Важнейшими параметрами световода являются оптические потери и соответственно затухание передаваемой энергии. Эти параметры определяют дальность связи по оптическому кабелю и его эффективность. При этом определяющими являются так называемые собственные потери, которые состоят из потерь на поглощение и рассеяние. Особая роль в общей структуре потерь принадлежит затуханию из-за наличия примесей, среди которых необходимо считаться с гидроксильной группой ОН. Резонансные явления в этой группе приводят к резким всплескам затухания в рабочем диапазоне длин волн, что и предопределяет существование трех окон прозрачности в кварцевых оптических волокнах. Другим явлением, которое ограничивает не только дальность непосредственной связи по волоконному световоду, но и его пропускную способность, является дисперсия.

Передача оптических импульсов по волоконному световоду имеет свои особенности, которые заключаются в том, что при модуляции оптической мощности спектр передаваемого сигнала существенно обогащается и приводит к искажению сигнала и ограничению пропускной способности оптических волокон.

Существенные потери возникают и при соединении оптических волокон. При этом необходимо считаться как с внутренними, так и с внешними потерями. Внутренние потери обусловлены разницей в диаметрах сердечников или различными диаметрами поля моды сопрягаемых волоконных световодов. Внешние потери определяются теми или другими смещениями, а также качеством торцов стекловолокон. Для соединения оптических волокон используется метод сварки, который обеспечивает наименьшую величину вносимых потерь, механические сростки и коннекторы.

Основными элементами оптического волокна являются сердечник, светоотражающая оболочка и светопоглощающее защитное покрытие. Основным материалом оптических волокон является плавленый кварц высокой степени чистоты и гомогенности. Для изменения показателя преломления стекла к нему добавляют определенные присадки. Стеклянные оптические волокна необходимо защищать от атмосферных и механических воздействий, так как могут образовываться микротрещины или другие неровности поверхности, что приводит к значительному ухудшению механической прочности и создает угрозу длительной оптической и механической стабильности стекловолокна. Для предотвращения этого применяются защитные покрытия из полимерных материалов.

Наиболее распространенным способом изготовления стекловолокон является метод осаждения из газовой фазы. При этом первоначально производят заготовку, из которой в дальнейшем вытягивают оптическое волокно.