Контрольные вопросы

1. Объясните способ изготовления заготовок методом окисления.

2. Объясните способ изготовления заготовок методом гидролиза и золь-гель методом.

3. Как производится вытягивание оптического волокна из заготовки?

4. Объясните способ изготовления оптического волокна методом двойного тигля.

18. Соединение оптических волокон

18.1. Основные понятия и определения

Соединение оптических волокон является наиболее ответственной операцией при монтаже кабеля, предопределяющей качество и дальность связи по ВОЛС. Соединение волокон и монтаж кабелей производятся как в процессе производства, так и при строительстве и эксплуатации кабельных линий.

Монтаж подразделяется на постоянный (стационарный) и временный (разъемный).

Постоянный монтаж выполняется на стационарных кабельных линиях, прокладываемых на длительное время, а временный – на мобильных линиях, где приходится неоднократно соединять и разъединять строительные длины кабелей.

Соединители оптических волокон, как правило, представляют собой арматуру, предназначенную для юстировки и фиксации соединяемых волокон, а также для механической защиты сростка.

Основными требованиями к ним являются:

– простота конструкции;

– малые переходные потери;

– устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям;

– надежность.

Дополнительно к разъемным соединителям предъявляется требование неизменности параметров при повторной стыковке.

Потери, вносимые соединением оптических волокон в тракт передачи кабеля, делятся на две группы: внешние и внутренние.

Внешними называются потери, связанные с особенностями метода соединения, в том числе с подготовкой концов волокон, и включающие в себя поперечное смещение сердечника, разнесение торцов, наклон осей, угол наклона торца волокна, френелевские отражения.

Внутренними называются потери, связанные со свойствами самого волокна и обусловленные, например, вариациями диаметра сердечника, числовой апертуры, профиля показателя преломления, нециркулярностью сердечника, неконцентричностью сердечника и оболочки.

 18.2. Внутренние потери

Внутренние потери являются следствием соединения двух неодинаковых волокон, обладающих различными диаметрами и числовой апертурой.

В многомодовых стекловолокнах внутренние потери зависят от направления распространения света (рис. 50).

Рис. 50. Внутренние потери на стыке многомодовых световодов

  При распространении света слева направо потери на стыке равны нулю, при обратном направлении распространения света часть его переходит в оболочку 50 мкм волокна и теряется.

Данные потери зависят от характера распределения оптической мощности по торцу волокна. При этом различают однородное распределение мощности, когда она одинакова во всех точках торца волокна, и равновесное распределение, когда мощность сконцентрирована в центре сердечника световода. В табл. 5 приведены значения равновесных внутренних потерь на стыке различных многомодовых световодов.

 Таблица 5

Внутренние потери на стыке многомодовых световодов

Принимающее волокно с диаметром сердечника, мкм	Потери, дБ
	Передающее волокно с диаметром сердечника, мкм
	50 (NA = 0,20)	50 (NA = 0,23)	62,5 (NA = 0,275)	85 (NA = 0,26)	100 (NA = 0,29)
50 (NA = 0,20)	0	0,42	2,1	3,8	5,6
50 (NA = 0,23)	0	0	1,5	3,1	4,8
62,5 (NA = 0,275)	0	0	0	0,96	2,3
85 (NA = 0,26)	0	0	0,5	0	0,8
100 (NA = 0,29)	0	0	0	0	0

В одномодовых световодах внутренние потери не зависят от направления передачи и определяются только несоответствием диаметров поля моды сопрягаемых волокон (рис. 51).

 

Рис. 51. Внутренние потери на стыке одномодовых световодов

  Волокно 1 с диаметром поля моды излучает свет в виде конуса с углом от торца волокна. Так как диаметр поля моды волокна обратно пропорционален углу приема излучения ( ) то волокно 1 излучает свет в больший конус, чем принимает волокно 2, и часть излучения теряется. И наоборот, при распространении света от волокна 2 к волокну 1 часть света распространяется вне сердечника волокна 1 и тоже теряется.

Таким образом, потери из-за различия диаметров поля моды и конусов приема одинаковы в обоих направлениях и рассчитываются по формуле , дБ.

Значения равновесных внутренних потерь на стыке наиболее распространенных одномодовых волокон с несмещенной дисперсией приведены в табл. 6.

Таблица 6

Внутренние потери на стыке многомодовых световодов

Волокно 1	Потери, дБ
	Волокно 2
	Выровненная оболочка		Вдавленная оболочка
	2 = 10,0 мкм	2 = 9,5 мкм	2 = 8,8 мкм
Выровненная оболочка 2ω1 = 10,0 мкм 2ω1 = 9,5 мкм	0 0,01	0,01 0	0,07 0,02
Вдавленная оболочка 2ω1 = 8,8 мкм	0,07	0,02	0

 Возможным источником потерь является также концентричность размещения сердечника световода внутри оптической оболочки (рис. 52, а). В идеале оси сердечника и оболочки должны совпадать. Рассогласование, связанное с концентричностью, определяется расстоянием между центрами сердечника и оболочки.

   

Рис. 52. Внутренние потери, обусловленные: а – неконцентричностью сердечников; б – эллиптичностью формы сердечников

 

Эллиптичность (отклонение от формы идеального круга) формы сердечника также является источником потерь (рис. 52, б).

Величина потерь зависит от взаимного расположения совмещаемых сердечников эллиптической формы. При одном соединении оси эллипсов могут быть перпендикулярными, тогда потери составляют максимальную величину, при другом – могут повернуться и совпасть, тогда потери будут отсутствовать. Допустимые значения эллиптичности сердечника равны отношению минимального значения диаметра к максимальному.

  Потери возникают также при несовпадении размеров оптических оболочек, при этом оси волокон децентрируются (рис. 53).

  Рис. 53. Внутренние потери, обусловленные неравенством диаметров оболочек

  Данные вариации параметров существуют в каждом волокне, несмотря на технологический контроль, позволяющий избегать недопустимых отклонений этих параметров. За последние несколько лет технология изготовления была существенно улучшена, и диапазоны варьирования параметров волокна существенно сузились. Например, 125 мкм волокно ранее имело допустимое отклонение диаметра оболочки ±5 мкм, так что реальный диаметр волокна менялся от 120 до 130 мкм. Соединение двух таких волокон при максимальном рассогласовании приводит к потерям в 0,6 дБ. В настоящее время нормальным допуском является ±2 мкм, который приводит к отклонению размера от 123 до 127 мкм и к максимальным потерям в 0,28 дБ.

В табл. 7 представлены типовые допустимые вариации параметров для волокна 62,5/125.

Таблица 7

Допустимые вариации параметров для волокна 62,5/125

Параметр	Допуск
1.      Диаметр сердечника (62,5) 2.      Диаметр оболочки (125 мкм) 3.      Апертура (0,275) 4.      Концентричность 5.      Эллиптичность сердечника 6.      Эллиптичность оболочки	± 3 мкм ± 2 мкм ± 0,015 £ 3 мкм ³ 0,98 ³ 0,98