Распространение света в оптическом световоде

Оптическое волокно или волоконно-оптический световод представляет собой двухслойную цилиндрическую нить из кварцевого стекла, состоящую из световедущей жилы или сердцевины и оболочки (рис. 2. 3). На рис. 2.3 показана структура оптического волокна и картина распространения в нем световых лучей.

n₁ – коэффициент преломления света ведущей жилы волокна, n₂ – коэффициент преломления оболочки, n₁> n₂.

Профиль показателя преломления волокна

𝛼

(световедущая жила)

А

А

Числовая апертура

А

А

Рис.2.3. Структура оптического волокна и схема распространения света в волокне.

Волокно вытягивается из заготовок, представляющих собой цилиндрические стержни из кварцевого стекла, сердцевина которых, или центральная часть, легирована специальными примесями (чаще всего германием) с целью повышения в ней коэффициента преломления. В процессе изготовления волокна заготовка перетягивается в собственно волокно с заданными диаметрами сердцевины и оболочки, причем коэффициент преломления световедущей жилы имеет большее значение, чем коэффициент преломления оболочки вследствие легирования центральной части заготовки примесями. Оболочка волокна покрыта защитно-упрочняющим покрытием, защищающим волокно от окружающей среды и внешних воздействий.

Оптические волокна делятся на 2 основных типа: многомодовые и одномодовые, отличающиеся одно от другого диаметрами сердцевины или световедущей жилы (рис.2.4). Многомодовое оптическое волокно имеет большой диаметр световедущей жилы и поэтому введенное в него излучение распадается на большое количество мод. Каждую моду можно представить как луч света, распространяющийся в сердцевине под определенным углом к оси световода. В одномодовом волокне, диаметр световедущей жилы которого во много раз меньше, чем в многомодовом, все излучение сосредоточено в одной моде, распространяющейся по оси волокна.

Рис. 2.4. Многомодовые и одномодовые оптические волокна.

Внешний диаметр всех оптических волокон, применяемых в ВОЛС, стандартизован и составляет (125±1)мкм без защитно-упрочняющей оболочки. Диаметр световедущей жилы многомодовых волокон составляет 50мкм или в некоторых случаях 62,5мкм. Диаметр световедущей жилы одномодовых волокон в зависимости от типа волокна может лежать в пределах (7÷10) мкм. На рис.2.5 показано распределение интенсивности световой волны в многомодовом и одномодовом световодах.

Из рис. 2.5 видно, что наличие в многомодовом волокне условий для существования многих мод (или лучей) создает сложную картину распределения интенсивности световой волны в световоде. В одномодовом оптическом волокне может существовать и распространяться только одна мода, которая характеризуется максимальным значением интенсивности световой волны в центре сердцевины с плавным спадом на границе сердцевина- оболочка. Из рис. 2.5 видно, в одномодовом оптическом волокне поле световой волны, а значит и ее интенсивность сосредоточено в центре световедущей жилы. Иная картина наблюдается в многомодовом оптическом волокне, где структура поля световой волны определяется наложением большого числа мод и может иметь сложный характер.

Оптическое волокно, кроме геометрических размеров, характеризуется рядом параметров, основными из которых являются затухание световой волны при распространении в волокне, вызванное различными потерями мощности света, и дисперсия. Как уже упоминалось выше, оба эти параметра по своему влияют на длину волоконно-оптической линии связи.

Рис. 2.5. Структура распределения поля световой волны и моды в многомодовом и одномодовом оптических волокон.

В таблицах 1,2,3 приведены основные сравнительные характеристики и особенности многомодовых и одномодовых волокон.

Табл. 1

Из табл.1 видно, что длина ВОЛС на основе многомодовых волокон и их полоса пропускания ограничены, и они могут применяться только в коротких линиях связи. В тоже время такие ограничения практически отсутствуют в ВОЛС на основе одномодовых оптических волокон.

В последующих таблицах 2 и 3 приведены требования к характеристика многомодовых и одномодовых оптических волокон. В соответствии с международными стандартами.

Табл. 2

Табл. 3

Дата добавления: 2014-01-20