Практический расчет изгибных потерь

Расчет изгибных потерь будем проводить для оптических волокон, параметры которых близки к параметрам волокон известных производителей.

В табл. 3.1 приведены параметры волокон со ступенчатым профилем показателя преломления, для которых проводились расчеты.

Таблица 3.1

Наиболее тщательно мы подошли к моделированию волокна марки SMF‑28, так как экспериментальные исследования проводились с волокном именно этой марки.

Поскольку химический состав сердцевины и оболочки данного волокна нам не был известен, мы предположили, что оболочка изготовлена из чистого кварца, а сердцевина легирована примесями, увеличивающими показатель преломления. Состав стекла оболочки выбирался, исходя из известной высоты профиля.

Необходимый для проведения расчетов радиус сердцевины волокна a оценивался с использованием приближенного выражения для радиуса модового поля w:

(3.24)

где NA - числовая апертура, определяемая выражением (1.5). Поскольку диаметр модового поля w для каждого волокна известен, уравнение (3.24) можно решить относительно a численным методом.

Полученные для каждого из указанных в табл. 3.1 параметры сведены в табл. 3.2.

Для расчета зависимостей показателей преломления сердцевины и оболочки волокна от длины волны использовалось известное уравнение Селлмейера:

, (3.25)

где A_si и λ_si (i = 0, 1, 2) – коэффициенты Селлмейера, которые для различных стекол приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.2

Таблица 3.3.

Графики зависимости показателей преломления сердцевины и оболочки от длины волны для моделируемого волокна SMF-28, рассчитанные по выражению (3.25), представлены на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Зависимости показателей преломления сердцевины и оболочки от длины волны для волокна SMF-28 (Corning).

Нормированные функции распределения поля основной моды для моделируемого волокна SMF-28 на разных длинах волн представлены на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Распределение поля основной моды для волокна SMF-28 (Corning).

На рис. 3.8 представлены зависимости коэффициента затухания изогнутого участка волокна SMF-28 от радиуса изгиба. Расчеты проведены для длин волн двух основных окон прозрачности – 1310 и 1550 нм, а также для длины волны внеполосного контроля 1625 нм. Из рисунка видно, что с уменьшением радиуса изгиба потери быстро возрастают. Кроме того, видно, что потери растут с ростом длины волны.

Рис. 3.8. Зависимость коэффициента затухания изогнутого участка волокна SMF-28 (Corning) от радиуса изгиба на разных длинах волн.

На рис. 3.9 представлены зависимости коэффициента затухания изогнутого участка волокна SMF-28 от длины волны при разных радиусах изгиба.

Рис. 3.8. Зависимость коэффициента затухания изогнутого участка волокна SMF-28 (Corning) от длины волны при разных радиусах изгиба.

Представленные результаты в главе 5 сопоставлены с экспериментально измеренными величинами.

Ниже представлены результаты расчета коэффицентов затухания изогнутых участков двух других волокон из табл. 3.1. Параметры, которые использовались для моделирования этих волокон приведены в табл. 3.2.

Рис. 3.9. Зависимость коэффициента затухания изогнутого участка волокна SM-332 (OFS) от радиуса изгиба на разных длинах волн.

Рис. 3.10. Зависимость коэффициента затухания изогнутого участка волокна SM-332 (OFS) от длины волны при разных радиусах изгиба.

Рис. 3.11. Зависимость коэффициента затухания изогнутого участка волокна SF‑SMF‑x (Samsung Electronics) от радиуса изгиба на разных длинах волн.

Рис. 3.12. Зависимость коэффициента затухания изогнутого участка волокна SF‑SMF‑x (Samsung Electronics) от длины волны при разных радиусах изгиба.

Проведенные расчеты показали, что потери в изогнутом участке волокна существенно зависят от его конструкции. Например, было замечено, что они уменьшаются при увеличении высоты профиля. В табл. 3.4 представлены результаты расчета коэффициента затухания изогнутого участка для волокон с чисто кварцевой оболочкой, диаметром сердцевины 4.5 мкм и различной величиной высоты профиля, которая достигалась использованием для сердцевины германиево-силикатных стекол с различной концентрацией легирующей примеси оксида германия.

Таблица 3.4

Из таблицы 3.4 видно, что изгибные потери быстро убывают с ростом высоты профиля. Однако увеличение высоты профиля приводит к ухудшению других параметров волокна, например, к уменьшению диаметра модового поля.

Заключение

В диссертации в результате проведенных теоретических и расчетных исследований, направленных на решение поднятой проблемы:

· рассмотрены конструкции и параметры различных типов оптических волокон, применяемых в современных ВОЛС;

· описаны причины появления изгибов оптических волокон;

· предложена методика расчета зависимостей коэффициента затухания изогнутого участка волокна от радиуса изгиба и длины волны;

· выполнены практические расчеты изгибных потерь;

· проведено исследование изгибных потерь в одномодовых стандартных оптических волокнах и в волокнах с ненулевой смещенной дисперсией в проходящем и рассеянном свете.

Литература

1. Былина М.С., Глаголев С.Ф., Кочановский Л.Н., Пискунов В.В. Измерение параметров волоконно-оптических линейных трактов: Учебное пособие/СПб ГУТ. – СПб, 2002.

2. Снайдер А., Лав Д. Теория оптических волноводов – М.: Радио и связь, 1987.

3. Адамс М. Введение в теорию оптических волноводов – М.: Мир, 1984.

4. Рекомендации МСЭ-Т.

5. Ландсберг Г. С. Оптика. Учеб. пособие: Для вузов. — 6-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.

6. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Издание 2-е. Перевод с английского. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1973.

7. Листвин А. В., Листвин В. Н. Рефлектометрия оптических волокон – М.: ЛЕСАРарт, 2005.

8. Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В.Оптические волокна для линий связи, М.: ЛЕСАРарт, 2003.

9. Иванов А.Б.Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения, М.: Изд. Syrus. Systems, 1999.

10. Наний О.Е., Павлова Е.Г., МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет. Материалы статьи «Фотонно-кристаллические волокна» из журнала «LIGHTWAVE» российский выпуск №3, 2004.

11. Боголюбов А.Н., Буткарев И.А., Свешников А.Г. Синтез волоконных световодов.

12. Аксенов В.А., Замятин А.А., Иванов Г.А., Исаев В.А., Маковецкий А.А. Микроструктурированные кварцевые волоконные световоды, полученные методом капиллярной сборки.

13. Яковлев М.Я., Цуканов В.Н. Устройство диагностики волоконно-оптических трактов.

14. Слепов Н.Н. Фотоника, 2007, № 4,6.

15. Слепов Н.Н. Фотонно-кристаллическое волокно – уже реальность. – Электроника: НТБ, 2004, №5.

16. Развитие технологий оптической связи и волокон: Материалы семинара Corning. – Москва, 28 ноября 2007.

17. Влияние изгибов оптических волокон на их характеристики (по материалам технического симпозиума общего собрания Ассоциации «Интеркабель») – Наука и техника №4(293), 2005.

18. Петренко А., Никитченко Ю., Василенко Б., Беда А. (отдел волоконно-оптических технологий и кабельных сетей, компания «Deps»). Волокно на карандаше или Волокно стремится к дому, 16.12.2008.

19. Иванов А.Б., Соколов И.В. Современные технологии OTDR. – Электросвязь, 11, 1998.

20. Гладышевский М.А. и др. Оптическое волокно для систем передачи информации. – Волоконная оптика, М.: ВиКо, 2002.

21. Гроднев И.И., Мурадян А.Г., Шарафутдинов Р.М. и др. Волоконно-оптические системы передачи и кабели. Справочник. - М.: Радио и связь, 1993.

22. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – Эко-Трендз, Москва, 2000.

23. Материалы статьи «Bend it like Corning» Stephanie N. Mehta из журнала «Fortune», 6 августа 2007.

24. Материалы статьи «New technology provides breakthrough for MDU fiber

installation» Bernhard Deutsch and David R. Velasquez из журнала «LIGHTWAVE», октябрь 2007.