4. Нормированная или характеристическая частота

Является важнейшим обобщенным параметром волоконного световода, используемым для оценки его свойств. Это частота, при которой процесс передачи энергии по световоду прекращается и только одна одномодовая волна НЕ₁₁ не имеет критической частоты, для нее нормированная частота находится по формуле:

V = 2 × π × d × NA / λ (12)

Где d – диаметр оптического волокна

NA – числовая апертура

λ – рабочая длина волны

Подставляя расчетные данные в формулу (12) определим значение нормированной частоты:

V = 2 × 3,14 × 5 × 0,1 / 1,55 = 2,02

5) Критическая частота

При определенной длине волны наступает такой режим, когда луч падает на оболочку световода и отражается перпендикулярно. В световоде устанавливается режим стоячей волны и энергия вдоль световода не переносится. Это соответствует случаю критической длины волны λ_кр и критической частоты f_кр.

Тогда критическая частота определяется по формуле:

f_кр = 2,405с / (π × d × NA) (13)

где с – скорость света

Подставляя исходные значения в формулу (13) получаем:

f_кр = 2,405 × 3 × 10⁸/ З,14 × 10 × 10^-6 × 0,1 = 2,3 × 10¹⁴ Гц

При частоте выше критической вся энергия поля концентрируется внутри сердечника световода и эффективно распространяется вдоль нее. Ниже критической частоты энергия рассеивается в окружающем пространстве и не передается по световоду.

6. Критическая длина волны

Данный параметр можно рассчитать по следующей формуле:

λ_{кр =} π × d × NA / (2,405 ∙ n₁) (14)

Подставив необходимые значения в формулу (14), определяем критическую длину волны:

λ_кр = З,14 × 10 × 10^-6 × 0,1 / (2,405 × 1,493) =1,51мкм.

Таким образом, в световоде могут распространяться лишь волны длиной, меньше, чем λ_кр = 1,51 мкм.

7) Коэффициент затухания

Ослабление световодных трактов волоконно-оптических кабелей (α) обусловлено собственными потерями в волоконных световодах (α_с) и дополнительными потерями, обусловленными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной оболочки при изготовлении кабеля (α_к).

Собственные потери (α_с) волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения(α_п) и потерь рассеяния(α_р). Потери на поглощение существенно зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей (α_пр) могут быть значительными.

Дополнительные потери в оптических кабелях обусловлены деформацией оптических волокон в процессе изготовления кабеля, скруткой, изгибами волокон и технологическими неоднородностями в процессе изготовления волокна.

Их классифицируют по следующим составляющим:

А) α ₁ - вследствие микроизгибов;

Б) α₂ - вследствие макроизгибов оптического волокна и других нарушений прямолинейности;

В) α₃ - за счет потерь в защитной оболочке;

Г) α₄ - вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе изготовления кабеля

Собственные потери можно определить по формуле:

α_с= α_п + α_р (15)

где α_п – потери на поглощение

α_р – потери на рассеяние

Соответственно потери на поглощение и потери на рассеяние можно определить по формулам:

α_п= 4,34 × π × n₁ × tgδ / λ (15.1)

α_р = К_р/ λ⁴ (15.2)

где К_р – коэффициент рассеяния в кварце

tgδ- тангенс угла диэлектрических потерь световода10^-12

Подставив исходные значения в формулу (15.1), определяем:

α_п = 4,34 × 3,14 × 1,493 × 10^-12 / (1,55 × 10^-9) = 0,0125 (дБ/км)

Подставив исходные значения в формулу (15.2), определяем:

α_р = 1,25/ 1,55⁴ = 0,2166 дБ/км.

В итоге подставив полученные значения в формулу (15) получаем:

α = 0,0125 + 0,2166 = 0,2291 дБ/км