Втрати, викликані недосконалістю ОВ

Недосконалість волокна - ще одне джерело втрат. Це втрати включають втрати від мікровигинів і макровигинів, а також внаслідок недосконалості геометрії волокна при його виготовленні.

Втрати на макровигини обумовлені зміною геометрії променя при вигинах ОК. Розглянемо появу таких втрат на прикладі ОВ зі східчастим профілем показника переломлення (рис. 2). На вигині промінь утворить кут падіння , а, отже, порушується умова повного внутрішнього відбиття ().

Рисунок 2. Втрати через макровигин.

Такий промінь переломлюється та розсіюється в навколишному просторі (оболонці). В ММ ОВ з градієнтним ПП моди вищих порядків, що поширюються поблизу границі серцевини - оболонки, мають малі значення кута падіння , тому при згортанні такого ОВ в коло в першу чергу губляться саме ці моди. Загасання за рахунок макровигинів розраховується за формулою:

,

де g - коефіцієнт, що визначає вид ППП ОВ; 2 а - діаметр серцевини ОВ, R - радіус вигину.

Вигини ОМ ОВ викликають безперевний витік потужності з моди. Ці безперевні втрати розраховуються за виразом:

,

де - довжина хвилі, що відповідає значенню нормованої частоти .

Втрати від мікровигинів виникають в результаті випадкових відхилень ОВ від його прямолінійного стану (рис. 3).

Розмах таких відхилень складає менш 1 мкм, а довжина - менш 1 мм. Подібні випадкові відхилення можуть з'являтися в процесі накладення захисного покриття та виготовлення зі скловолокон ОК, в результаті температурних розширень і стисків безпосередньо волокна та захисних покрить.

Рисинок 3. Втрати через мікровигин: 1 – захисне покриття, 2 – серцивина та оболонка.

Мікровигини в ММ ОВ призводять до переходу частини енергії з одних мод на інші. Втрати на мікровигини в таких ОВ не залежать від довжини хвилі та розраховуються по формулі:

,

де k - коефіцієнт, що залежить від амплітуди та довжини мікровигинів; а - радіус серцевини ОВ; b - діаметр оболонки.

В ОМ ОВ, на відміну від ММ ОВ, втрати внаслідок мікровигинів залежать від довжини хвилі. Якщо втрати внаслідок мікровигинів для ММ ОВ з діаметром серцевини 50 мкм і =1,0% складають , то втрати для ОМ ОВ розраховуються за виразом:

,

де - радіус поля моди.

На перший погляд здається, що зі збільшенням довжини хвилі загасання на мікровигини зменшується. Однак, відбувається збільшення втрат, тому що зі збільшенням довжини хвилі росте радіус поля моди:

,

де .

Неоднорідності виробництва ОВ, наприклад, зміна розмірів діаметра або круглої форми серцевини, наявність порожнеч у склі та дефектів на границі серцевина-оболонка, нерівномірний розподіл легуючих добавок можуть викликати втрати на розсіювання (рис. 4).

Розглянемо залежність загасання від частоти та довжини хвилі. З приведених вище даних очевидно, що оптичні втрати збільшуються з ростом частоти. При цьому загасання на поглинання зростає за лінійним законом, а загасання на розсіювання збільшуються значно швидше, за законом квадратичної параболи. Звичайно, втрати на розсіювання перевищують втрати на поглинання (рис. 5). З графіків видна принципова різниця між характеристиками загасання симетричних (Е₀₁, Н₀₁) і змішаних (НЕ₁₁) хвиль. Симетричні хвилі мають критичну частоту f ₀, нижче якої передача неможлива. Змішана хвиля не має критичної частоти та загасання росте плавно у всьому частотному діапазоні. Найбільший інтерес представляє залежність загасання від довжини хвилі (рис. 6).

Рисунок 4. Втрати через недосконалість виробництва.

Рисунок 5. Закони змін втрат через поглинання та розсіювання.

Рисунок 6. Залежність загасання від довжини хвилі.

В цілому, загасання зі збільшенням довжини хвилі зменшується. Однак, на окремих довжинах хвиль (0,95; 1,25 і 1,39 мкм) виникають сплески загасання, що обумовлені резонансними явищами в гідроксильних групах ОН^–. На довжині хвилі більш 1,6 мкм загасання зростає за рахунок втрат на поглинання в інфрачервоній області спектра. Між піками загасання знаходяться три області з мінімальними оптичними втратами, що одержали назву вікон прозорості. Зі збільшенням номера вікна загасання зменшується. Так перше вікно прозорості спостерігається на довжині хвилі 0,85 мкм, на якій величина загасання складає 2-4 дБ/км. 2-е вікно прозорості відповідає довжині хвилі 1,3 мкм, на якій загасання складає 1,0-1,5 мкм 3-є вікно прозорості спостерігається на довжині хвилі 1,55 мкм, на якій загасання складає 0,5-0,2 дБ/км.

Таким чином, геометрія скла описує кінцеві розмірні характеристики ОВ. Геометрія є головним чинником, що визначає втрати в зростку та відсоток вдало виконаних зростків. Головна мета виробника ОВ – одержати більш точну геометрію волокна. ОВ, що отримане з дотриманням більш жорстких допусків на його геометрію, легше та швидше зростити та при цьому бути упевненим у високій якості зростка та передбачуваності отриманих характеристик.

Як показала практика, три параметри впливають на характеристики зростка: концентричність перетинів серцевини та оболонки, допуск на діаметр оболонки та власний вигин волокна.

Концентричність серцевини та оболонки дає зрозуміти наскільки добре серцевина волокна центрується в склі оболонки. Поліпшення цієї характеристики при виробництві волокна зменшує шанс неточного розташування серцевини, що сприяє одержанню зростків з меншими втратами.

Зовнішній діаметроболонки визначає розмір волокна. Чим більш жорсткою є специфікація діаметра оболонки, тим менше шансів, що партії волокна будуть мати різні діаметри. Допуск на діаметр оболонки особливо важливий, коли використовуються калібровані наконечники або здійснюється зчленування рознімних з'єднувачів у польових умовах. Всі ці з’єднувачі розраховані за діаметром оболонки в місці вирівнювання волокон для з’єднання.

Власний вигин волокна вказує на величину кривизни волокна уздовж деякої довжини ОВ. Велика величина власного вигину може привести до занадто великого зсуву волокна при зварюванні або вирівнюванні кінця волокна у V-образній канавці, що може привести до зростків з великими втратами.

На сьогодні в мережах доступу застосовуються ОВ, що не чутливі до втрат на макровигинах (G.657). На початку, такі мережі мали суттєві відмінності від транспортних мереж і, відповідно, висували інші технічні вимоги до параметрів і характеристик ОВ. Наприклад, коефіцієнт загасання і коефіцієнт ПМД не мали принципового значення через дуже малі довжини ліній (2-3 км), хроматична дисперсія практично не обмежувала дальність та швидкість передачі. З іншого боку зросла важливість ОВ у ОК і високого ступеня інтеграції в кросовому, з’єднувальному та розподільчому обладнанні, дуже велике значення стали мати втрати на вигинах.

Рекомендації G.657 містять параметри та характеристики 2-х типів ОВ, що мають деякі відмінні властивості (табл. 1).

ОВ типу G.657A оптимізовані щодо втрат на макровигині (мінімальний радіус вигину 10 мм), а значення інших параметрів залишаються в діапазоні, рекомендованому для G.652D зі «згладженим водним піком». Це дозволяє, зокрема, зменшити втрати при з'єднанні ОВ типів G.657 і G.652.

ОВ типу G.657B мають параметри, необхідні для установки оптимізованої мережі доступу з дуже малими радіусами вигину, застосовуваними в різних кросових і розподільних пристроях, а також при прокладці в межах приміщень. Вони дозволяють зменшити мінімальний радіус вигину до 7,5 мм, однак не є сумісним зі стандартним ОМ ОВ типу G.652 (значення діаметра модової плями та коефіцієнта хроматичної дисперсії можуть перевищувати значення, рекомендовані для G.652D). Проте технологія виробництва таких ОВ досить складна. У цьому випадку створюються ОВ із зменшеним діаметром або підвищеним показником переломлення серцевини. Випускаються також ОВ з сильно зниженим показником переломленя оболонки за рахунок легування фтором. В обох випадках створюються умови для зосередження поля моди в серцевині ОВ навіть при вигинах.

Зараз тривають роботи зі створення принципово нових конструкцій, що поєднують малі втрати на вигинах і сумісність з традиційними видами одномодових волокон.

Таблиця 1.

Параметри (характеристики) ООВ типа G.657.

Параметр (характеристика)	Тип ОВ
G.657A	G.657B
Діаметр модової плями, нм (на довжині хвилі 1550 нм)	8,6...9,5 ±0,4	6,3...9,5 ±0,4
Діаметр оболонки, мкм	125 ± 0,7	125 ± 0,7
Максимальний ексцентриситет серцевини/оболонки, мкм	0,5	0,5
Максимальна некруглість оболонки, %	1,0	1,0
Максимальна довжина хвилі зрізу ОВ в ОК, мкм
Максимальні втрати на макровигині, дБ, 10 витків радіусом 15 мм, на довжині хвилі: 1550 нм; 1625 нм 1 виток радіусом 10 мм, на довжині хвилі: 1550 нм; 1625 нм 1 виток радіусом 7,5 мм, на довжині хвилі: 1550 нм; 1625 нм	0,25 1,0   0,75 1,5   – –	0,03 0,1   0,1 0,2   0,5 1,0
Мінімальне проверочное напряжение на разрыв, ГПа	0,69	0,69
Довжина хвилі нульової дисперсії, мкм	1300–1324	1300–1420
Нахил хроматичної дисперсії біля нульового значення, пс/(нм^2*км)	0,092	0,1
Максимальний коефіцієнт загасання, дБ/км, в діапазоні довжин хвиль: 1310 нм 1300...1625 нм 1383 нм 1550 нм 1625 нм	– 0,4 0,4 0,3 –	0,5 – – 0,3 0,4
Максимальний коефіцієнт ПМД, пс/км^1/2	0,20	–

Дата добавления: 2014-01-11