Пн - Чт с 10-00 до 18-00
Пт с 10-00 до 15-00

Основные определения в технике оптической связи

Внутренняя часть световода представляет собой сердцевину или сердечник, а внешняя часть - оболочку оптоволокна. В зависимости от траектории распространения оптического излучения в световоде различают одномодовое и многомодовое волокно. Многомодовое волокно имеет довольно большой диаметр сердечника - 50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125 мкм. Одномодовое волокно имеет диаметр сердечника 8 или 9,5 мкм при том же диаметре оболочки. Снаружи оболочка имеет защитное покрытие толщиной 60 мкм, называемое защитной оболочкой. Световод (сердцевина в оболочке) с защитным покрытием называется оптическим волокном. Чтобы луч оптического излучения распространялся вдоль световода, он должен входить в него под углом не более некоторого критического относительно оси оптоволокна, т.е. попадать в воображаемый входной конус. Синус такого критического угла называется числовой апертурой оптоволокна NA и определяется через абсолютные показатели преломления слоев по формуле:

NA = √N1² - N2² ≈ 0,28/ 0,2/ 0,105

В многомодовом волокне показатели преломления сердечника N1 и оболочки N2 различаются всего на 1-1,5%. При этом апертура NA =0,2-0,3 и угол под которым луч может войти в световод, не превышает 12-18 градусов от оси оптоволокна. В одномодовом волокне показатели преломления различаются еще меньше, апертура NA=0,122 и угол не превышает 7 градусов от оси оптического волокна. Чем больше числовая апертура, тем легче ввести луч оптического излучения в оптоволокно, но при этом увеличивается модовая дисперсия и сужается полоса пропускания. Числовая апертура характеризует все компоненты оптического канала СКС - оптоволокна, источники и приемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры соединяемых элементов должны быть согласованными друг с другом.

Рис. 1.

Если рассмотреть распространение сигнала с позиций геометрической оптики, то световые лучи, входящие под различными углами, будут распространяться по разным траекториям.

Рис. 2.

Рис. 3.

Более высоким модам соответствуют лучи, входящие под большим углом, - они будут иметь большее число внутренних отражений по пути в световоде и будут проходить более длинный путь. Число мод для конкретного световода зависит от его конструкции - показателей преломления и диаметров сердечника и оболочки - и длины волны. Импульс оптического излучения, проходя по оптоволокну, из-за явления дисперсии изменит свою форму - "размажется". Рассмотрим некоторые виды дисперсии, влияющие на характеристики передачи в оптоволокне.

Рис. 4.

Модовая дисперсия - возникает в многомодовом волокне из-за разницы длин путей, проходимых лучами различных мод. Она определяется как разность прохождения единицы длины волокна различными модами. Типовыми значениями для нее являются 15-30 нс/км для волокна со ступенчатым профилем показателя преломления. Ее можно уменьшить только сокращая число мод и уменьшая диаметр сердечника оптоволокна до одномодового. Применение волокна с градиентным профилем показателя преломления (рис. 4). Как видно из (рис. 4), применение сердечника с градиентным профилем показателя преломления в многомодовом волокне позволяет уменьшить количество мод, а следовательно, и уменьшить искажение выходного импульса. Материальная дисперсия вызвана тем, что волны с различной длиной распространяются в одной и той же среде с различной скоростью, что обусловлено особенностями молекулярной структуры материала волокна. Материальная дисперсия существенна для одномодового волокна. Снизить ее влияние можно уменьшением ширины полосы излучения источника и выбором оптимальной длины волны. Режим передачи одномодовый или многомодовый определяется способом ввода оптического излучения в оптоволокно, конструкцией световода и длиной волны источника излучения.

05.05.2020