Оглавление

Глава 1. Оптическое волокно, его классификация и параметры 2

1.1 Параметры оптического волокна 2

1.2 Применение оптических волокон 5

1.3 Классификация оптических волокон. 8

Глава 2. Параметры оптических волокон. 18

2.1. Дисперсия в оптических волокнах. 18

2.2 Физические основы возникновения потерь в изогнутых оптических волокнах 26

Глава 3. Методика расчета потерь в изогнутых стандартных оптических волокнах 38

3.1. Расчет поля основной моды стандартного волокна 38

3.2. Расчет коэффициента затухания изогнутого участка стандартного волокна 42

3.3. Практический расчет изгибных потерь 47

Глава 1. Оптическое волокно, его классификация и параметры

1.1 Параметры оптического волокна

Оптическое волокно (ОВ) представляет собой цилиндрическую двухслойную кварцевую нить, состоящую из сердцевины, оболочки и одного или нескольких защитных покрытий (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Структура ОВ.

Сердцевина и оболочка изготавливаются из плавленого кварца SiO₂. Обычно оболочка ОВ изготавливается из чистого кварца, имеет постоянный показатель преломления n₂ и покрыта защитным слоем из акрилатного лака, а сердцевина для обеспечения требуемого профиля показателя преломления n₁ легируется примесями (GeO₂, P₂O₅), которые увеличивают показатель преломления. Размеры сердцевины и оболочки ОВ стандартизованы. Обозначаются размеры ОВ следующим образом: диаметр сердцевины / диаметр оболочки.

По оптическому волокну осуществляется передача оптических сигналов. Для того, чтобы удержать свет в оптоволокне, показатель преломления в центре ОВ должен быть выше, нежели по краям. Показатель преломления оболочки ОВ —у постоянная величина, в то время как показатель преломления сердцевины может быть как постоянным, так и изменяться по определенному закону, что называется профилем показателя преломления. Это закон изменения показателя преломления в поперечном сечении ОВ. Все ОВ можно также разделить на ОВ со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Ступенчатый и градиентный профили показателя преломления.

На границе сердцевины и оболочки может наблюдаться явление полного внутреннего отражения. Если луч из оптически более плотной среды переходит в менее плотную (то есть ,), при некотором угле паденияугол преломления будет равен(луч е на рис. 1.3а). При дальнейшем же увеличении угла паденияпреломленный луч исчезнет (лучиf и g на рис. 1.3а).

n2
n1
(а)			(б)

Рис. 1.3. Полное внутреннее отражение.

Из закона Снеллиуса () можно получить:. Коэффициент отражения приравен. Это значит, что отражается 100% энергии, то есть потерь на отражение нет. На этом физическом явлении основана работа оптических волокон с точки зрения геометрической оптики (рис. 1.3б).

Оптический сигнал распространяется в сердцевине волокна и на границе с оболочкой испытывает полное внутреннее отражение. Он проникает в оболочку на глубину много меньшую её толщины и, следовательно, не взаимодействует с покрытием из акрилатного лака. Это покрытие необходимо для защиты кварцевой оболочки от механических повреждений и воздействия воды.