Прохождение оптических импульсов по многомодовым волоконным световодам. Исследование прохождения световых импульсов по многомодовым волоконным световодам

Содержание

Методические указания для студентов специальностей 210404 и 210401 к Лабораторной работе «Исследование прохождения световых импульсов по многомодовым волоконным световодам»

по дисциплине «Физические основы оптических направляющих систем»

Цель работы:

Изучение процессов распространения оптических импульсов по многомодовым волоконным световодам (ВС) с усеченным степенным профилем, методов измерения параметров ВС - затухания и дисперсии, источников погрешностей, включая инструментальные и методические погрешности, способов их компенсации.

Подготовка к работе:

При подготовке к работе должны быть изучены следующие разделы учебника по курсу Линий связи (Гроднев И. И., Верник С. М. Линии связи. Учебник для вузов.- 5-е изд., перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 1988.- 544 с.: ил.)

·  Волоконные световоды и принцип их действия (разд. 5.23)

·  Лучевая теория передачи по световодам (разд. 5.24)

·  Волновая теория передачи по световодам (разд. 5.25)

·  Затухание световодов (разд. 5.26)

·  Дисперсия и пропускная способность световодов (разд. 5.27).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В лабораторной работе используются многомодовые волоконные световоды с усеченным степенным профилем, т. е. профилем, изменения которого описываются следующими выражениями:

                               (1.1)

где r - расстояние от оси ВС, мкм; a - радиус сердцевины ВС, мкм; n₁₀, n₂ - показатели преломления на оси ВС (при r = 0) и в оболочке (при r > a), соответственно; q- показатель степенного профиля, который обычно близок к величине 2; ∆ - относительная разность показателей преломления ВС, которую можно рассчитать по выражению:

                                                                                          (1.2)

В кабелях связи обычно используют так называемые слабонаправляющие ВС, для которых ∆ << 1.

В лабораторной работе в качестве оболочки ВС используется чистый кварц SiO₂. Требуемая величина n₁ достигается легированием материала сердечника. В качестве легирующих добавок используется GeO₂.

Процессы распространения оптических импульсов по многомодовым ВС рассмотрим на основе геометрической оптики, в которой основным является понятие светового луча. В многомодовых ВС могут распространяться два типа лучей:

меридиональные, которые распространяются в плоскостях, проходящих через ось ВС z;

косые, которые не лежат в этих плоскостях.

В общем случае лучи в градиентных многомодовых ВС распространяются по спиралевидным траекториям. Различные типы лучей (мод) можно характеризовать лучевыми инвариантами В и Е, которые представляют собой постоянные для данного луча скалярные величины, однозначно определяющие его направление в любой точке траектории.

Лучевые инварианты определяются следующим образом:

                                                                                 (1.3)

                                                                  (1.4)