1.1 Собственные потери ов
Собственные потери ОВ состоят из потерь поглощения П и потерь рассеяния Р :
С = П + Р.
Затухание поглощения обусловлено потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой, существенно зависит от свойств материала ОВ и определяется:
где n1 – показатель преломления сердцевины ОВ;
tg() – тангенс угла диэлектрических потерь материала сердцевины;
– длина волны.
Часть мощности, поступающей в ОВ, рассеивается из-за изменения направления распространения лучей на нерегулярностях и их высвечиванием в окружающее пространство. Потери на рассеивание называются рэлеевскими и определяются по формуле:
где KP – коэффициент рассеяния (для кварца KP= 0,8 (мкм4дБ)/км). Видим, что Р растет по закону f 4.
Часть мощности, поступившей в ОВ поглощается посторонними примесями (ПР), выделяется в виде тепла. Примеси могут приводить к резонансным всплескам затухания. Таким образом, имеем:
С=П+ПР+Р.
На (рис.1.1) дана упрощенная (сглаженная) характеристика затухания кварцевого ОВ без учета резонансных всплесков затухания. На этом графике имеются три «окна прозрачности» (полосы Δ, где затухание мало). Центры окон расположены на длинах волн 0.85, 1.31 и 1.55 мкм. Резкое возрастание затухания при < 0,85 мкм объясняется быстрым ростом затухания рассеяния ( f 4), а при > 1,55 – резким ростом затухания поглощения. Значения затухания в этих окнах постоянно уменьшается (удается получить) с совершенствованием технологий чистых материалов и технологии производства ОВ.
1.2 Кабельные потери в ок
Они оценивают дополнительные потери, возникающие в ОВ при изготовлении ОК.
В научно-технической литературе выделяют семь видов кабельных потерь (K) [1-4]:
,
где K1 – оценивает дополнительные потери в ОВ, обусловленные термомеханическими воздействиями при изготовлении ОК;
K2 – оценивает потери, вызванные микроизгибами ОВ;
K3 – возникает из-за кручения ОВ относительно его оси (осевые напряжения скручивания);
K4 – возникает из-за нарушения прямолинейности ОВ (скрутка);
K5 – возникает из-за температурной зависимости коэффициента преломления ОВ;
K6 – оценивает потери из-за неравномерности покрытия ОВ;
K7 – оценивает потери в защитной оболочке ОВ.
Рис.1.1
Затухание на микроизгибах может оказаться определяющим в дополнительных потерях ОК. Затухание одного микроизгиба может находиться в пределах (0,010,1) дБ [1-4]. Количество микроизгибов может быть значительным.
1.3 Затухание в соединениях ов
В разъемных и неразъемных соединениях (стыках) ОВ возникают потери соединения, которые можно рассматривать как потери дефектов сопряжения ОВ при соединении ОВ. Практический интерес представляют дефекты сопряжения:
радиальное (поперечное) смещение ОВ на величину (рис. 1.2);
угловое смещение на угол при различной числовой апертуре NA (рис. 1.3);
предельное (осевое) смещение на величину S (рис. 1.4);
шероховатость (микровыступы) на поверхности торцов ОВ величиной (рис. 1.5);
непараллельность торцов ОВ при разном относительном показателе преломления ОВ
,
где n1 и n2 соответственно показатели преломления сердцевины и оболочки ОВ (рис. 1.6);
различные значения числовой апертуры NA1 и NA2 стыкуемых ОВ (рис. 1.7);
различный диаметр стыкуемых ОВ (рис. 1.8).
Эти затухания предопределены с одной стороны производственными допусками при изготовлении материалов ОВ и допусками при изготовлении самих ОВ с другой стороны. Очевидно, что каждая строительная длина одной и той же марки ОК имеет отклонения (в допустимых пределах) в параметрах ОВ и проявится это на стыке как дополнительное затухание.
Расчет дополнительного затухания производится по относительно простым формулам [1-4].
При радиальном смещении дополнительные потери A определяются:
,
где d – диаметр сердцевины ОВ;
– радиальное смещение ОВ.
При осевом смещении дополнительные потери AS определяются:
,
где A – апертурный угол ОВ;
S – осевое смещение ОВ.
При угловом смещении дополнительные потери A определяются:
,
где A – апертурный угол ОВ;
– угловое смещение ОВ.
Формулы расчета дополнительного затухания при других дефектах также прозрачны.
Результирующее затухание качественного сварного соединения не превышает 0.1 дБ. Затухание разъемного соединения может достигать величины (0,50,8) дБ и может изменяться при эксплуатации.
Например, расчеты показывают, что угловое смещение торцов ОВ в кроссовом оптическом шкафу на 3 может дать дополнительное затухание A более 1.2 дБ. Величина осевого смещения в разъемном соединении может возрастать с течением времен, что приводит к возрастанию AS.
Таким образом, при строительстве и эксплуатации ВОЛС следует внимательно оценить все дополнительные потери в ОК и возможный диапазон их изменения.
Рис. 1.2 Зависимость затухания стыка от поперечного смещения ОВ
Рис. 1.3 Зависимость затухания стыка от углового смещения ОВ