Параметры оптического волокна

Введение

Мир телекоммуникаций и передачи данных сталкивается с динамично растущим спросом на частотные ресурсы. Эта тенденция в основном связана с увеличением числа пользователей Internet и также с растущим взаимодействием международных операторов и увеличением объемов передаваемой информации. Полоса пропускания в расчете на одного пользователя стремительно увеличивается. Поэтому операторы связи при построении современных информационных сетей чаще всего используют волоконно-оптические кабельные системы. Это касается как построения протяженных телекоммуникационных магистралей, так и локальных вычислительных сетей. Оптическое волокно (ОВ) в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Сегодня волоконная оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации.

При прокладке и монтаже оптического кабеля особенно внутри помещений невозможно избежать изгибов волокна, что влечет за собой дополнительные потери. Допустимый радиус изгиба нормируется для различных типов оптических волокон. Изгибы могут также специально создаваться для ввода и вывода излучения через боковую поверхность волокна. Такие изгибы могут использоваться в сварочных аппаратах для измерения вносимых потерь в соединениях волокон (система LID) и при организации служебной связи. Специально созданный изгиб может использоваться для несанкционированного доступа к передаваемой по волокну информации. Поэтому очень важно уметь производить расчеты коэффициента затухания изогнутого участка стандартного волокна и изгибных потерь, в целом.

Таким образом, тему дипломной работы, посвященной теоретическому исследованию потерь в изогнутых оптических волокнах, можно признать актуальной. В работе рассматриваются основные аспекты данного вопроса.

Глава 1. Оптическое волокно, его классификация и параметры

Параметры оптического волокна

Оптическое волокно (ОВ) представляет собой цилиндрическую многослойную кварцевую нить, состоящую из сердцевины, оболочки и одного или нескольких защитных покрытий (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Структура ОВ.

Сердцевина и оболочка изготавливаются из плавленого кварца SiO₂. Обычно оболочка ОВ изготавливается из чистого кварца, имеет постоянный показатель преломления n₂ и покрыта защитным слоем из акрилатного лака, а сердцевина для обеспечения требуемого профиля показателя преломления n₁ легируется примесями (GeO₂, P₂O₅), которые увеличивают показатель преломления. Размеры сердцевины и оболочки ОВ стандартизованы. Обозначаются размеры ОВ следующим образом: диаметр сердцевины / диаметр оболочки.

По оптическому волокну осуществляется передача оптических сигналов. Для того, чтобы удержать свет в оптоволокне, показатель преломления в центре ОВ должен быть выше, нежели по краям. Показатель преломления оболочки ОВ - постоянная величина, в то время как показатель преломления сердцевины может быть как постоянным, так и изменяться по определенному закону, что называется профилем показателя преломления. Это закон изменения показателя преломления в поперечном сечении ОВ. Все ОВ можно также разделить на ОВ со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Ступенчатый и градиентный профили показателя преломления.

На границе сердцевины и оболочки может наблюдаться явление полного внутреннего отражения. Если луч из оптически более плотной среды переходит в менее плотную (то есть , ), при некотором угле падения угол преломления будет равен (луч е на рис. 1.3а). При дальнейшем же увеличении угла падения преломленный луч исчезнет (лучи f и g на рис. 1.3а).

n2
n1
(а)	(б)

Рис. 1.3. Полное внутреннее отражение.

Из закона Снеллиуса ( ) можно получить: . Коэффициент отражения при равен . Это значит, что отражается 100% энергии, то есть потерь на отражение нет. На этом физическом явлении основана работа оптических волокон с точки зрения геометрической оптики (рис. 1.3б).

Оптический сигнал распространяется в сердцевине волокна и на границе с оболочкой испытывает полное внутреннее отражение. Он проникает в оболочку на глубину много меньшую её толщины и, следовательно, не взаимодействует с покрытием из акрилатного лака. Это покрытие необходимо для защиты кварцевой оболочки от механических повреждений и воздействия воды.