Прохождение оптических импульсов по многомодовым волоконным световодам. Исследование прохождения световых импульсов по многомодовым волоконным световодам, страница 18

Затухание в кварцевых ВС.

Затухание a характеризует ослабление сигнала и измеряется обычно в логарифмических единицах децибелах. При оптических измерениях затухание измеряют в соответствии со следующими выражением:

,                                                                                                  (13)

где P₀, P₁ - мощности сигнала на входе и выходе ВС. Для однородного ВС можно рассчитать коэффициент затухания a - величину затухания на единицу длины, дБ/км:

,                                                                                                                        (14)

где а – затухание ВС, дБ; L - длина ВС, км.

Для коэффициента затухания кварцевого ВС характерна нелинейная зависимость от длины волны ( рис. 9).

Рис. 8. Зависимость коэффициента затухания ВС от длины волны

Коэффициент затухания a ВС складывается из собственного a_с и дополнительного a_д, возникающего в процессе производства оптического волокна, при изготовлении оптического кабеля из оптического волокна, а также при прокладке кабеля и монтаже регенерационных участков волоконно-оптической линии связи (ВОЛС).

Собственные потери в ВС в основном обусловлены двумя причинами:

¨  поглощением, которое определяется свойствами кварца, являющегося основным материалом для изготовления высококачественных ВС, легирующих (полезных) добавок и вредных примесей;

¨  рассеянием, которое сильно зависит от длины волны и технологии изготовления ВС.

Поглощение возникает в процессе распространения света в веществе. Оно обусловлено потерями в основном материале ВС - кварце и в примесях, как полезных, так и вредных. Поглощение носит резонансный характер и дает для кварца пики затухания в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. В используемом для связи диапазоне длин волн 0.80-1.6 мкм всплески поглощения у кварца отсутствуют, остаточные потери, обусловленные сильным поглощением в ультрафиолетовой и инфракрасной областях, могут быть рассчитаны по выражениям:

                                                                                      (15)

                                                                                        (16)

В используемом для связи диапазоне длин волн возникают также всплески затухания за счет поглощения в различных примесях (ОН^-, Fe²⁺, Cu²⁺, C). При современных технологиях изготовления ВС наибольший вклад в поглощение вносят гидроксильные группы OH^- (вода). Они дают ряд всплесков поглощения, наиболее мощный из которых на длине волны 1.39 мкм, которая очень близка к длине волны нулевой материальной дисперсии кварца (»1.27 мкм). Эти потери трудно поддаются расчету и могут быть приняты равными:

a_рп = 0.10 дБ/км         для l = 0.85 мкм;

a_рп = 0.05 дБ/км         для l = 1.30 мкм.

В ВС, изготовленных из плавленого кварца (SiO₂), происходит линейное рассеяние проходящего света. Оно является фундаментальной (технологически неустранимой) причиной затухания в ВС и носит название рэлеевское рассеяние. Его особенностью является сильная зависимость коэффициента рассеяния a_рр от длины волны l проходящего излучения.

,                                                                                                               (17)

где c_рр - коэффициент пропорциональности, который для высококачественных кварцевых ВС равен 0.7-0.9 дБ×мкм⁴/км.

Дополнительные потери a_д складываются из потерь на микроизгибы и макроизгибы, потерь в оболочке, потерь из-за термомеханических напряжений, из-за случайно расположенных структурных дефектов ВС. Их точный учет затруднен, поэтому можно ориентировочно принять a_д = 0.1 - 0.3 дБ/км.

Общий (суммарный) коэффициент затухания a:

.                                                                                  (18)

Другие параметры ВС с усеченным степенным профилем.