Затухание в оптическом волокне

По мере распространения света в оптической среде, он, как известно, ослабевает, что носит название затухание a, которое измеряется в децибелах или неперах. При оптических измерениях:

, (2.10)

где P₀, P₁ - мощности сигнала на входе и выходе ОВ, оптического кабеля (ОК) или любого компонента волоконного тракта (ВТ).

Общее или вносимое затухание ОВ можно разделить на собственное затухание и дополнительные потери.

Собственное затухание обусловлено самим ОВ. Для однородного ОВ можно рассчитать коэффициент затухания  - величину затухания на единицу длины:

, дБ/км (2.11)

где L - длина ОВ, км.

Собственные потери в ОВ в основном обусловлены двумя причинами: поглощением и рассеянием.

Рассеяние является фундаментальной (технологически неустранимой) причиной затухания в ОВ и носит название рэлеевское рассеяние. Его особенностью является сильная зависимость коэффициента рассеяния α_s от длины волны λ проходящего излучения:

(2.12)

где χ_s - коэффициент пропорциональности (0.7-0.9 дБмкм⁴/км). Зависит от материала (вида и концентрации легирующих добавок и т.п.) и технологии изготовления ОВ.

Поглощение обусловлено потерями в основном материале ОВ - кварце и в примесях. Носит резонансный характер и дает для кварца пики затухания в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. В используемом диапазоне длин волн 0.8-1.6 мкм всплески поглощения у кварца отсутствуют. Наибольший вклад в поглощение вносят гидроксильные группы OH^. Они дают мощный пик поглощения на длине волны 1.383 мкм.

К дополнительным потерям относятся потери на вводе и выводе излучения; потери, связанные с нарушениями геометрической формы ОВ и случайно расположенными структурными дефектами; изгибные потери (особенно на микроизгибах); потери в соединениях (стыках) строительных длин; потери, вызванные недостатками монтажа.

Затухание ограничивает максимальное расстояние, на которое можно передать сигнал без регенерации. Затухание ограничивает также минимальное расстояние, на которое можно передать сигнал без принятия дополнительных мер по снижению его уровня. Максимально допустимое затухание в линии определяется параметрами передающего и фотоприемного устройства.

Как видно из рис. 2.9, для передачи оптических сигналов может быть использован широкий участок спектра, где потери в волокнах достаточно малы. Его принято разбивать на более узкие участки – рабочие диапазоны, или окна прозрачности.

Рис. 2.9. Зависимость коэффициента затухания от длины волны и положение окон прозрачности в кварцевых ОВ.

Первое окно прозрачности из-за большой величины коэффициента затухания (2-2.5 дБ/км) используется в основном в локальных вычислительных сетях.

Второе окно прозрачности (О – Original, основной диапазон) используется преимущественно в городских и зоновых линиях.

Третье окно прозрачности (C – Conventional, стандартный диапазон) наиболее широко используется в магистральных линиях.

Четвертое (L – Long wavelength, длинноволновый диапазон) и пятое окно прозрачности (S – Short wavelength, коротковолновый диапазон) вместе с третьим используются в системах спектрального уплотнения.