2. Потери, связанные с рэлеевским рассеянием света и тепловыми флуктуациями абсолютного показателя преломления стекловолокна

В стекловолокнах при любой температуре присутствуют фононы – тепловые колебания ионов в узлах структуры. Наличие фононов приводит к флуктуациям (местным незначительным изменениям) механической плотности материала , которые в свою очередь вызывают флуктуации абсолютного показателя преломления . Величины флуктуаций (и соответственно - ) определяются амплитудами смещения ионов в узлах за счет тепловых колебаний, причем,

(16.7)

если

Флуктуации Δ f и определяются:

1. типом структуры стекловолокна,

2. наличием примесей,

3. упругими свойствами и, в частности, модулем Юнга .

Известно, что любое изменение абсолютного показателя преломления среды приводит к рефракции световых лучей (изменению нап­равления их распространения). Беспорядочное изменение величины на приводит к беспорядочному изменению траектории, т.е. к рассеянию света на микронеоднородностях величины . Если интенсивность света, входящего в диэлектрик равна интен­сивность рассеянного света

(16.8)

где - длина световой волны, - коэффициент пропорциональ­ности, учитывающий число микродефектов-фононов, абсолютный пока­затель преломления , угол рассеяния, модуль Юнга. Формула (16.8) носит название закона Рэлея. Им впервые было показано, что ослабление интенсивности света, рассеянного на микродефектах , пропорционально .

Следствием из формулы (16.8) является зависимость потерь рэлеевского рассеяния от абсолютного показателя преломления стекловолокна и его коэффициента сжимаемости :

, дБ/км. (16.9)

где =1,38· Дж/К - постоянная Больцмана,

Τ = 1500(К) - температура кристаллизации стекла,

- коэффициент сжимае­мости ( , где Ε - модуль Юнга),

- длина электромагнитной волны в метрах.

Формула (16.9) может быть приведена к более удобной для практических расчетов форме:

, (16.10)

где - длина световой волны в метрах, - модуль Юнга в ( / ).

Как показывает более подробный анализ зависимости , рэлеевское рассеяние проявляется в большей мере в УФ диапазоне, поскольку

~ .

3. Совместное влияние поглощения, рэлеевского рассеяния и примесей на затухание сигнала в стекловолокнах

Из 16.1 и 16.2 следует, что в ИК - области основной вклад в затухание сигнала вносит поглощение ( ), а в УФ - области - рэлеевское рассеяние ( ). Наличие необходимых легирующих при­месей вызывает дополнительное поглощение ( ) и в комплексе с указанными видами потерь обуславливают в наличие лишь нескольких "окон" прозрачности, приходящихся в ближней ИК - об­ласти на длины волн =1,2 мкм; =Ι,3 мкм; =1,5 мкм, рис. 16.4 , где