§ 1. Введение

Многомодовые волокна применяются в основном в локальных вычислительных сетях и в линиях с низкой скоростью передачи данных. Стандартные многомодовые волокна были рассчитаны на применение совместно со светодиодами - наиболее надежными и дешевыми полупроводниковыми источниками излучения. Специально для работы в стандарте Gigabit Ethernet были разработаны волокна с более высоким коэффициентом широкополосности. Они используются совместно с лазерами, так как светодиоды не обладают быстродействием, необходимым для работы в стандарте Gigabit Ethernet. На российском рынке представлены многомодовые волокна ведущих зарубежных компаний, таких, как Corning и Lucent (США), Alcatel (Франция) и многих других.

Многомодовые волокна представляют собой достаточно «старый» тип волокна, подробно описанный в литературе и в соответствующих спецификациях. В большинстве случаев при его использовании не требуется особых знаний по волоконной оптике. Пожалуй, основными вопросами, которые вызывают затруднения, являются понятия моды и межмодовой дисперсии. Эти вопросы мы рассмотрим в I разделе.

Во II разделе описаны методы изготовления оптических волокон с малыми потерями. Многомодовые ступенчатые волокна были исторически первым типом волокна, в котором был преодолен барьер в 20 дБ/км, после чего волоконно-оптическая связь стала экономически целесообразной. Поэтому раздел по технологии волокон мы включили в главу по многомодовым волокнам. Интерес к технологии изготовления оптических волокон в последнее время вновь возрос в свя- зи началом строительства в России заводов по производству оптических волокон.

§ 2. Связь между понятиями луча и моды

Свет, распространяющийся в волокне, можно представить в виде суммы элементарных составляющих (мод). Каждая мода распространяется параллельно оси волокна со своим значением фазовой и групповой скорости, поляризации и распределением амплитуды в поперечном сечении. Фазовый фронт у мод плоский, а нормаль к плоскости фазового фронта параллельна оси волокна (рис. 4.1). Основное достоинство представления света в виде суммы мод состоит в том, что при распространении в волокне мода не меняет своего распределения амплитуды и фазы в поперечном сечении.

Рис. 4.1. Распределение амплитуды и фазы для первых двухмод волокна. Первая мода симметричная, вторая асимметричная. Фазовый фронт плоский и перпендикулярен оси волокна

В то же время каждую моду можно представить в виде суммы плоских волн, изображаемых в виде лучей, образующих конус. Причем чем выше номер моды, тем больше угол раствора лучей, образующих этот конус (рис. 4.2). Хотя моду можно представить только полным набором таких лучей, ее часто изображают одним лучом. При этом подразумевается, что чем больше угол наклона луча, тем выше номер моды.

В цифровых линиях передачи свет распространяется в волокне в виде последовательности импульсов. Эта последовательность импульсов переносится одновременно всеми модами и, соответственно, образующими их лучами. Так как угол наклона лучей, образующих более высокую моду, больше, чем у лучей, образующих более низкую моду, то импульсы, передаваемые высшими модами, запаздывают сильнее. Поэтому в многомодовом волокне импульсы, передаваемые разными модами, испытывают разную задержку и могут накладываться друг на друга. Этот механизм уширения импульсов называют межмодовой дисперсией (рис. 4.3).

Рис. 4.2. Лучи, формирующие первую и вторую моды волокна. Угол наклона лучей вовторой моде больше, чем в первой моде, и они глубже проникают в кварцевую оболочку

Рис. 4.3. Межмодовая дисперсия в многомодовом волокне