Потери в оптических волокнах

Современные оптические сети, использующие технологии DWDM, активно используют диапазон C. Также постепенно осваивается четвертое окно - диапазон L. Намечается использование пятого окна - диапазон S. В результате в диапазоне длин волн 1260…1650 мкм обеспечивается полоса пропускания не менее 50 ТГц.

Составляющие потерь в оптических волокнах

В общем случае, потери в оптических волокнах складываются из собственных потерь в волоконных световодах aс и дополнительных потерь, т.н. кабельных aк, обусловленных скруткой, а также деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля (рис. 8).

Рис. 8. Некоторые составляющие затухания оптических волокон.

Собственные потери оптических волокон состоят из потерь поглощения aп и потерь рассеяния aр, а также потерь на поглощение, обусловленных присутствующими в световодах примесями aпр и потерь на поглощение в инфракрасной области aик [48]:

, дБ/км

где aс - собственные потери;

aк - кабельные потери;

aп - потери на поглощение;

aр - потери на рассеяние;

aпр - потери на поглощение, обусловленные примесями;

aк - кабельные потери;

aик - потери на поглощение в инфракрасной области.

Потери Рэлеевского рассеяния

Потери Рэлеевского рассеяния обусловлены тепловой флуктуацией показателя преломления и неоднородностями материала световода, расстояние между которыми меньше длины волны. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях, в результате часть его теряется в оболочке. Величина потерь на рассеяние aр, дБ/км, определяется по следующей формуле [48, 49]:

где kр - коэффициент Рэлеевского рассеяния, для кварца равный примерно (0,8 мкм4 . дБ)/км.

Потери на Рэлеевском рассеянии определяют нижний предел собственного затухания, соответствующий длине волны 1550 нм, и сильнее проявляются в области коротких длин волн.

Коэффициент Рэлеевского рассеяния зависит от режима тепловой обработки заготовки и уменьшается при снижении температуры вытяжки волокна. Таким образом, при уменьшении температуры вытяжки до 1800оС и скорости вытяжки до 1м/с потери в оптических волокнах с легированной GeO2 сердцевиной удалось уменьшить до 0,16 дБ/км и 0,29 дБ/км на длинах волн 1550 и 1310 нм, соответственно.

Дальнейшее уменьшение затухания может быть получено в оптических волокнах с так называемой депрессированной оболочкой. В световодах такого типа потери aр снижаются за счет уменьшения степени легирования сердцевины. Также уменьшаются потери, возникающие из-за дефектов, появляющихся при вытяжке волокна, т.к. сердцевина и оболочка лучше согласованы по вязкости.

Потери на поглощение

Потери на поглощение состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение) aп, так и из потерь, связанных с поглощением на примесях aпр.

Примесные центры, в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую энергию в виде джоулева тепла. Затухание поглощения определяется соотношением [48, 49]:

где tgd - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

Тем не менее, уже к 1990 г. оптические волокна становятся настолько чистыми (99,9999%), что наличие примесей перестает быть основным фактором затухания. Спектральная характеристика затухания a(l) сглаживается (рис. 1.18), при этом проявляются локальные максимумы резонанса поглощения на гидроксильной группе ОН- (длины волн 1290 и 1383 нм).

Однако в последних разработках одномодовых оптических волокон за счет улучшения технологии очистки от водяных паров удалось снизить потери и в «водяном» пике. Подобные волокна получили название LWPF (Low Water Peak Fiber), при этом потери в области l=1380±3 нм снижены до 0,31 дБ/км, что меньше, чем потери во втором окне прозрачности.

В таблице 6. приведены ведущие производители оптических волокон и соответствующие торговые марки волокон LWPF. а на рис. 1.20 приведены спектральные характеристики коэффициента затухания.

Таблица 6.

Читайте также

Назначение и виды ударно-контактных извещателей
Извещатели ударно-контактные формируют тревожное извещение при нормированном ударном воздействии на контролируемую поверхность охраняемого объекта. Они предназначены для обнаружения раз ...

Проектирование усилителя напряжения
Прежде чем начать рассчитывать усилитель, выберем некоторые его элементы и условия моделирования. В качестве транзисторов будем использовать нашедшие широкое применение в прак ...

Моделирование мобильных систем связи
При организации сети сотовой связи для определения оптимального места установки и числа базовых станций, а также для решения других задач необходимо уметь рассчитывать характеристики сиг ...