1.4 Световодные линии связи

Оптические линии связи, в которых луч лазера между передат­чиком и приемником распространяется в окружающем их простран­стве, имеют ряд недостатков: значительное ослабление луча, силь­ное влияние окружающей среды на работу линии связи, ограни­чение дальности расстоянием прямой видимости. Для устранения этих недостатков в системах связи применяют оптические волно­воды - световоды.

Волноводы можно разделить на два класса. К первому отно­сятся волноводы, в которых электромагнитные волны распростра­няются благодаря многократным отражениям между двумя про­водящими поверхностями, ко второму — те, в которых распростра­нение происходит благодаря многократному отражению на грани­цах диэлектрической среды, обусловленному изменением коэффи­циента преломления. Конфокальные линзовые и зеркальные сис­темы не являются волноводами в указанном смысле, однако мы рассмотрим их, называя в дальнейшем «лучеводами».

1.4.1 Основные типы световодов

В волноводах первого класса лучи многократно отражаются от металлических стенок волновода, следуя по зигзагообразной траектории. Волновод обыч­но заполняется инертным газом с малыми потерями. Затухание определяется неполным отражением от стенок и зависит от состоя­ния металлических стенок, поляризации и угла скольжения. Для достижения наименьших потерь вектор электрического поля дол­жен быть тангенциален к отражающей поверхности, а угол сколь­жения — мал.

При определении угла скольжения образуется, поле волны со­ответствующего типа (мода). На оптических частотах эти моды не могут быть разделены, так как они связаны друг с другом по случайному закону из-за наличия малых неоднородностей на стен­ках волновода. Это явление ведет к искажению сигнала и накла­дывает определенные ограничения на характеристики волноводов.

В зависимости от допусков на точность механического изготов­ления устанавливают пределы применимости волноводов. Чем выше частота, тем жестче должны быть допуски. Во всех случаях при уменьшении диаметра волновода искажение сигнала из-за преобразования мод несколько уменьшается, но при этом сильно увеличиваются дисперсионные искажения и затухание.

Второй класс волноводов включает в себя диэлектрический стержень и его варианты. В этих волноводах лучи также идут по зигзагообразному пути в результате многократного отражения от границы диэлектрика с воздухом. В случае применения обычных диэлектриков потери на отражение при падении под некоторым углом значительно больше, чем в волноводах первого класса. Но при углах скольжения , меньше критического угла для этого ди­электрика, происходит полное внутреннее отражение. Именно та­кое распространение и рассматривается в волноводах второго клас­са. Затухание волн здесь происходит из-за потерь в самом диэлек­трике.

В диэлектрическом стержне, так же как и в волноводах пер­вого класса, возможно одномодовое и многомодовое распростране­ние сигнала. Многомодовое распространение наблюдается тогда, когда величина диаметра волновода составляет несколько длин волн. Уменьшение диаметра приводит к одномодовому режиму передачи.