9.5. Виготовлення кварцевих волокон з полімерною оболонкою

Даний метод подібний до методу подвійного тигля. Однак, тут використовується тільки один тигель, з допомогою якого витягують кварцеву серцевину оптичного волокна. Як тільки серцевина готова, вона відразу пропускається через екструдер, в якому покривається полімерною оболонкою. Швидкість виготовлення волокна даним методом становить приблизно 100 м/хв.

10.1. Основні причини затухання сигналу у волокні

При поширенні оптичного сигналу по волокні він затухає внаслідок втрати оптичної потужності. На затухання сигналів у волокні впливають багато факторів. Як правило, розрізняють внутрішні та зовнішні фактори, які призводять до затухання оптичного сигналу у волокні.

До внутрішніх факторів відносять власні втрати, домішкові втрати та технологічні втрати оптичного волокна. Власні втрати виникають за рахунок поглинання світлової енергії, яке відбувається внаслідок взаємодії фотонів з електронами і молекулами матеріалу волокна, та розсіяння випромінювання, яке обумовлене неоднорідністю оптичної густини матеріалу волокна. Домішкові втрати виникають за рахунок поглинання і розсіяння випромінювання атомами і молекулами легуючих домішок. Технологічні втрати обумовлені наявністю геометричних неоднорідностей, що створюються при виготовленні оптичного волокна (мікрозгини, неоднорідність поверхні розділу “серцевина-оболонка”, флуктуації діаметру і форми оптичного волокна).

До втрат, спричинених зовнішніми факторами, відносять втрати на макрозгинах, які утворюються при інсталяції волокон.

10.2. Коефіцієнт затухання сигналу у волокні

Величина затухання сигналу у волокні є дуже важливою характеристикою волокна, оскільки вона обмежує максимальну відстань передачі сигналу у волокні. Для оцінки величини затухання оптичного сигналу у волокні користуються таким параметром як коефіцієнт затухання α, який може бути визначений з наступного виразу:

PL = Po·exp[–α·L]

де Po і PL – потужності оптичного випромінювання відповідно на вході і виході оптичного волокна [мВт], L – довжина волокна [м], α – коефіцієнт затухання оптичного випромінювання на одиницю довжини волокна [м–1]. Для зручності проведення розрахунків переходять до логарифмічної шкали і затухання виражають в одиницях децибелах [дБ]:

A = 10·lg (Po/PL)

Коефіцієнт затухання αдБ в такому випадку вимірюється в одиницях [дБ/м] і визначається наступним чином:

αдБ = A/L = (10/L)·lg (Po/PL) ≈ 4,343·α

10.3. Оптичні втрати у волокнах типу кварц/кварц

Для виготовлення волокон типу кварц/кварц в якості вихідного матеріалу використовується чистий кварц – SiO2. Навіть дуже чистий оптичний матеріал має власні втрати, які виникають за рахунок поглинання фотонів при їх взаємодії з атомами і молекулами матеріалу. Таке поглинання є природною властивістю будь-якого оптичного матеріалу. Дуже сильне власне поглинання у кварці спостерігається на коротких довжинах хвиль в ультрафіолетовій області спектру. Воно виникає внаслідок сильних електронних і молекулярних переходів. Власні втрати кварцу мають максимум в ультрафіолетовій області спектру і різко зменшуються із наближенням до області видимих довжин хвиль (крива 1 на рис.10.1).

Піки власного поглинання кварцу є також і в інфрачервоній області спектру. Втрати у цій області як правило пов'язані з коливаннями хімічних сполук, у даному випадку сполуки кремнію з киснем Si-O. Теплова енергія змушує атоми постійно коливатися так, що хімічні сполуки Si-O безперервно розширюються і стискуються. Такі коливання мають резонансну частоту в інфрачервоній області спектру на довжинах хвиль 7-12 мкм. Короткохвильова границя цього механізму поглинання наближається до ближньої інфрачервоної області спектру (крива 2 на рис.10.1). Таким чином, власне поглинання кварцу обмежує спектральну область використання кварцевого волокна до видимого та ближнього інфрачервоного діапазонів спектру.