- •Содержание
- •1. Геометрические и оптические параметры оптических волокон
- •Геометрические параметры
- •Оптические параметры
- •1.2.1. Относительная разность показателей преломления
- •1.2.2. Числовая апертура
- •1.2.3. Нормированная частота
- •1.2.4. Число распространяющихся мод
- •1.2.5. Диаметр модового поля
- •1.2.6. Длина волны отсечки
- •2. Передаточные характеристики оптических волокон
- •2.1. Оптические потери в волокне
- •2.2. Потери на стыках оптических волокон
- •2.3. Дисперсия импульсов
- •2.3.1. Причины и виды дисперсии
- •2.3.2. Показатель преломления материала
- •2.3.3. Материальная дисперсия
- •2.3.4. Межмодовая дисперсия
- •2.3.5. Совместное влияние межмодовой и материальной дисперсий
- •2.3.6. Дисперсия в ступенчатых одномодовых волокнах
- •2.3.7. Поляризационная дисперсия
- •2.4. Ширина полосы пропускания
- •3. Характеристики современных оптических волокон
- •3.1. Многомодовые градиентные оптические волокна
- •3.2. Одномодовые волокна
- •3.2.1. Стандартные оов с несмещенной дисперсией
- •3.2.2. Оов со смещенной нулевой дисперсией
- •3.2.3. Оов со смещенной ненулевой дисперсией
- •4. Измерение передаточных характеристик ов
- •4.1. Методы измерения затухания
- •4.2. Метод обрыва
- •4.3. Измерение вносимых потерь
- •4.4. Метод обратного рассеяния
- •4.5. Измерение полосы пропускания и дисперсии оптических волокон
- •4.6. Измерение параметров формы оптических импульсов
- •Литература
1.2.4. Число распространяющихся мод
Число распространяющихся мод (М) в многомодовом оптическом волокне (MOB) с диаметром сердцевины dc и заданной числовой апертурой NA на длине волны X определяется через нормированную частоту ν.
Для MOB со степенным профилем изменения показателя преломления
(1.11)
где r - текущий радиус; а - радиус сердцевины; n1 - показатель преломления на оси ОВ при r = 0; п2 - показатель преломления оболочки; ∆ - относительная разность показателей преломления; q - показатель преломления, описывающий изменение п(r).
Число мод определяется выражением
(1.12)
Для ступенчатого МОБ (q = ∞) число распространяющихся мод рассчитывается по формуле
M = V2/2, (1.13)
а для ОВ с параболическим ППП (q=2)
M = V2/4. (1.14)
Как видно из приведенных формул, значения M могут быть получены как целые, так и дробные, в действительности же число мод может быть только целым и составлять величину от одной до нескольких тысяч.
Для уменьшения количества распространяющихся мод следует уменьшать а и ∆. Однако этому в определенной степени препятствуют следующие факторы: при меньшем диаметре сердцевины обычно возрастают потери на вводе, при меньшем ∆ увеличиваются потери на изгибах волокна.
1.2.5. Диаметр модового поля
Понятие диаметра модового поля (Dмп) используется при анализе одномодовых волокон и оценивает размеры поперечного распространения энергии основной моды в ОВ. Объясняется это тем, что энергия основной моды в ООВ распространяется не только в сердцевине, но и частично в оболочке. На рис. 1.4 показана зависимость распределения мощности излучения основной моды одномодового волокна от радиуса.
Эта зависимость аппроксимируется с достаточной степенью точности формулой Гаусса
(1.15)
где Р(r) - мощность излучения на расстоянии r от оси ООВ; Ро - мощность излучения на оси ООВ при r = 0; Ro - радиус модового поля, т.е. значение радиуса, при котором интенсивность излучения составляет1/е2 = 0,135P0.
При известных значениях V и а диаметр модового поля Dмп , мкм
Dмп = 2а(0,65 + 1,62 V-1,5). (1.16)
Рис. 1.4. Зависимость распределения интенсивности излучения основной моды ООВ в ближней зоне от радиуса
1.2.6. Длина волны отсечки
Этот параметр характерен для одномодовых ОВ и определяет минимальную (критическую) длину волны, при которой в ОВ распространяется одна мода.
Режим распространения только одной моды НЕ11, можно обеспечить, реализуя условие
, (1.17)
которое можно выполнить, уменьшая либо разность показателей преломления ∆n, либо радиус сердцевины а.
Так, для типичного случая (n1=1,5 и ∆=0,002) ν ≈ 0,6 а/λ, следовательно, максимальное значение диаметра сердцевины одномодового волокна 2а = 6,8 мкм при λ = 0,85 мкм и 2а = 12,8 мкм при λ = 1,6 мкм.
Из выражения (1.17) можно определить длину волны отсечки для ООВ
(1.18)
Например, для ОВ с 2a=10 мкм и ∆n = n1 – n2 = 0,003 значение λот = 1,225 мкм, т. е. на длине волны больше указанного значения моды высших порядков распространяться не будут.
На практике одномодовый режим наблюдается на длинах волн, несколько меньших, чем рассчитанные по формуле (1.18). Объясняется это тем, что в реальных одномодовых ОВ, изготовленных, например, методом модифицированного парофазного осаждения, вследствие «выгорания» легирующей примеси в центральной части в процессе схлопывания характерно сглаживание профиля показателя преломления и образование провала вблизи оси волокна. В результате таких отклонений уменьшается λот.