1.11. Дисперсионные характеристики ступенчатого волоконного световода для нескольких первых мод.

Основными электродинамическими характеристиками регулярного световода при небольшом числе распространяющихся мод являются дисперсионные характеристики и характеристики распределения полей.

Результаты расчётов зависимости скорости света на фазовую скорость световой волны (c/υ_ф) от основной и нескольких высших мод от нормированной частоты V:

Рисунок 1.10 – Дисперсионные характеристики ступенчатого волоконного световода для нескольких первых мод

С увеличением V, фазовые скорости υ_ф уменьшаются, но всегда находятся в пределах n₂ ≤ с/υ_ф ≤ n₁ или c/n₁ ≤ υ_ф ≤ c/n₂. Равенство с/υ_ф=n₂ представляет собой условие частоты отсечки V_отс. Частота отсечки – предельная частота, ниже которой невозможно возникновение моды с определёнными индексами. Точки на оси абсцисс, в которых начинаются дисперсионные кривые, соответствуют критическим значениям нормированной частоты V. Нормированную частоту отсечки V_отс называют нормированной критической частотой V_kp. На частоте отсечки поле выходит из сердцевины в оболочку и мода исчезает. Направляемую волну, имеющую наименьшую критическую частоту в данной среде распространения, называют основной волной. В волоконном световоде для основной волны НЕ₁₁ V_kp=0.

Часть 2:

2.1. Структура основных типов потерь в ов.

Потери оптической мощности по мере распространения света по волокну называются затуханием α, которое определяется отношением оптических мощностей на входе P_вх и выходе P_вых. Для оценки таких величин используются логарифмические единицы с основанием 10 (десятичные логарифмы). Поэтому величина затухания α выражается в децибелах: α=10•lg(P_вх/P_вых),дБ, это - коэффициент затухания света в ОВ. Затухание оптической мощности на один километр длины l оптического волокна (погонное или удельное затухание) определяется коэффициентом полных потерь световой энергии в ОВ

α_п=[дБ/км]=α[дБ]/l[км].

Рисунок 2.1 – Структура основных типов потерь в ОВ

Полное затухание в волокне определяется в виде суммы:

α=α_соб+α_каб=α_рр+α_пм+α_пр+α_каб

2.2. Механизм основных потерь в ов.

Релеевское рассеивание – рассеяние, обусловленное рассеянием света на случайных изменениях плотности волокна. Плотность стекла не является однородной. В результате, возникает рассеяние и часть света теряется в оболочке. Рассеяние на неоднородностях происходит во всех направлениях:

Рисунок 2.2 – Механизм основных потерь в ОВ

Потери из-за рэлеевского рассеяния зависят от длины волны по закону λ^-4. Поэтому они сильнее проявляются в области коротких длин волн, что и ограничивает нижний предел потерь.

2.3. Обобщённая спектральная зависимость собственных потерь в кварцевом ов.

При распространении оптического сигнала внутри волокна происходит его экспоненциальное затухание, вызванное потерей мощности P и обусловленное различными линейными и нелинейными механизмами взаимодействия световых волн (частиц) со средой волокна. Закон затухания имеет вид:

где P₀ - мощность, вводимая в волокно, l - длина волокна, α - коэффициент полных потерь световой энергии ОВ. Используя эту формулу, можно получить взаимосвязь между α_п и α:

Анализ потерь показывает, что собственные резонансные частоты SiO₂, примесей и гидроксильных групп (ОН) оставляют для ОВ лишь несколько окон прозрачности:

Рисунок 2.3 – Обобщённая спектральная зависимость собственных потерь в кварцевом ОВ