7.3. Внутренние потери

Внутренние потери являются следствием соединения двух неодинаковых волокон, обладающих различными диаметрами и числовой апертурой.

В многомодовых стекловолокнах внутренние потери зависят от направления распространения света (рис. 7.3).

Рисунок 7.3 - Внутренние потери на стыке многомодовых световодов

 При распространении света слева направо потери на стыке равны нулю, при обратном направлении распространения света часть его переходит в оболочку 50 мкм волокна и теряется.

Эти потери зависят от характера распределения оптической мощности по торцу волокна. При однородном распределении мощность одинакова во всех точках торца волокна, при равновесном распределении мощность сконцентрирована в центре сердечника световода. В таблице 7.1 приведены значения равновесных внутренних потерь на стыке различных многомодовых световодов.

 Таблица 7.1 - Внутренние потери на стыке многомодовых световодов

Принимающее волокно с диаметром сердечника, мкм	Потери, дБ
	Передающее волокно (диаметр сердечника, мкм); d/NA
	50/0,20	50/0,23	62,5/0,275	85/0,26	100/0,29
50 (NA = 0,20)	0	0,42	2,1	3,8	5,6
50 (NA = 0,23)	0	0	1,5	3,1	4,8
62,5 (NA = 0,275)	0	0	0	0,96	2,3
85 (NA = 0,26)	0	0	0,5	0	0,8
100 (NA = 0,29)	0	0	0	0	0

В одномодовых световодах внутренние потери не зависят от направления передачи и определяются только несоответствием диаметров поля моды сопрягаемых волокон (рис.7.4).

 

Рисунок 7.4 - Внутренние потери на стыке одномодовых световодов

 Волокно 1 с диаметром поля моды ω₁ излучает свет в виде конуса с углом от торца волокна. Так как диаметр поля моды волокна обратно пропорционален углу приема излучения (ω₂ > ω₁) то волокно 1 излучает свет в больший конус, чем принимает волокно 2, и часть излучения теряется. И наоборот, при распространении света от волокна 2 к волокну 1 часть света распространяется вне сердечника волокна 1 и тоже теряется.

Таким образом, потери из-за различия диаметров поля моды и конусов приема одинаковы в обоих направлениях и рассчитываются по формуле

, дБ.

Значения равновесных внутренних потерь на стыке наиболее распространенных одномодовых волокон с несмещенной дисперсией приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Внутренние потери на стыке многомодовых световодов

Волокно 1	Потери, дБ
	Волокно 2
	Выровненная оболочка		Вдавленная оболочка
	2ω2 = 10,0 мкм	2 ω2 = 9,5 мкм	2 ω2 = 8,8 мкм
Выровненная оболочка 2ω1 = 10,0 мкм 2ω1 = 9,5 мкм	0 0,01	0,01 0	0,07 0,02
Вдавленная оболочка 2ω1 = 8,8 мкм	0,07	0,02	0

 

Возможным источником потерь является также концентричность размещения сердечника световода внутри оптической оболочки (рис. 7.5, а). В идеале оси сердечника и оболочки должны совпадать. Рассогласование, связанное с концентричностью, определяется расстоянием между центрами сердечника и оболочки.

Эллиптичность (отклонение от формы идеального круга) формы сердечника также является источником потерь (рис. 7.5, б).

   

Рисунок 7.5 - Внутренние потери, обусловленные: а – неконцентричностью сердечников; б – эллиптичностью формы сердечников

 

Величина потерь зависит от взаимного расположения совмещаемых сердечников эллиптической формы. При одном соединении оси эллипсов могут быть перпендикулярными, тогда потери составляют максимальную величину, при другом – могут повернуться и совпасть, тогда потери будут отсутствовать. Допустимые значения эллиптичности сердечника равны отношению минимального значения диаметра к максимальному.

  Потери возникают также при несовпадении размеров оптических оболочек, при этом оси волокон децентрируются (не совпадают) (рис. 7.6).

Рисунок 7.6 - Внутренние потери, обусловленные неравенством диаметров оболочек

  Данные вариации параметров существуют в каждом волокне, несмотря на технологический контроль, позволяющий избегать недопустимых отклонений этих параметров. За последние несколько лет технология изготовления была существенно улучшена, и диапазоны варьирования параметров волокна существенно сузились. Например, 125 мкм волокно ранее имело допустимое отклонение диаметра оболочки ±5 мкм, так что реальный диаметр волокна менялся от 120 до 130 мкм. Соединение двух таких волокон при максимальном рассогласовании приводит к потерям в 0,6 дБ. В настоящее время нормальным допуском является ±2 мкм, который приводит к отклонению размера от 123 до 127 мкм и к максимальным потерям в 0,28 дБ. В таблице 7.3 представлены типовые допустимые вариации параметров для волокна 62,5/125.

Таблица 7.3 - Допустимые вариации параметров для волокна 62,5/125

Параметр	Допуск
1.      Диаметр сердечника (62,5) 2.      Диаметр оболочки (125 мкм) 3.      Апертура (0,275) 4.      Концентричность 5.      Эллиптичность сердечника 6.      Эллиптичность оболочки	± 3 мкм ± 2 мкм ± 0,015 £ 3 мкм ³ 0,98 ³ 0,98