15

Методические указания к Лабораторной работе «Прохождение оптических импульсов по одномодовым волоконным световодам»

Цель работы:

Изучение процессов распространения оптических импульсов по одномодовым волоконным световодам (ВС) различных типов, методов измерения параметров ВС - затухания и дисперсии.

Подготовка к работе:

При подготовке к работе должны быть изучены следующие разделы учебника по курсу Направляющие системы электросвязи (Андреев В.А., Кочановский Л.Н., Портнов Э.Л. Направляющие системы электросвязи: Учебник для вузов. В 2-х томах. Том 1 - Теория передачи и влияния. - М.: Горячая линия - телеком, 2009)

1. Физические процессы в оптических волокнах (разд. 7.1)

2. Волны и лучи в оптических волокнах (разд. 7.2)

3. Волновая теория оптических волокон (разд. 7.3)

4. Потери в оптических волокнах (разд. 7.6.2)

5. Дисперсия и пропускная способность оптических волокон (разд.7.6.3)

6. Хроматическая дисперсия (разд. 7.6.5).

Теоретические сведения

1. Одномодовый режим передачи. Длина волны отсечки.

Радикальным способом уменьшения дисперсии является переход от многомодовой передачи к одномодовой. Число направляемых мод M в ступенчатом ВС можно рассчитать, зная нормированную частоту - безразмерный параметр, связанный с геометрическими (радиус сердцевины a) и оптическими (числовая апертура NA) характеристиками ВС, а также с длиной волны источника излучения в вакууме ₀:

, (1)

. (2)

Из (2) следует, что число мод будет равно 1 при . При более точном подходе к анализу числа мод условие одномодовости для ВС со ступенчатым профилем показателя преломления будет выглядеть следующим образом:

. (3)

Впервые одномодовый режим передачи в ВС со ступенчатым профилем показателя преломления был достигнут путем уменьшения радиуса сердцевины до 5 мкм. Такие ВС называют стандартными.

	Обратите внимание, что в условие одномодовости входит длина волны источника излучения. Это означает, что один и тот же ВС может быть как одномодовым так и многомодовым в зависимости от рабочей длины волны.

Для ВС можно рассчитать длину волны отсечки, которая разделяет режимы одномодовой и многомодовой передачи. Из (3) можно получить по-другому сформулированное условие одномодовости:

. (4)

2. Диаметр модового поля.

В геометрической трактовке единственной направляемой моде одномодового ВС соответствует луч, распространяющийся вдоль его оси. С волновой точки зрения мода – это волна, поле которой не полностью сосредоточено в сердцевине. Для одномодового ВС распределение интенсивности поля моды можно аппроксимировать гауссовской кривой (рис. 1).

Рис. 1. Определение диаметра или радиуса модового поля

Рис. 2. Распределение модового поля основной моды в стандартном ВС.

На практике радиус r_mf или диаметр поля моды d_mf определяют по ширине кривой распределения поперечного поля моды на уровне 1 / е =0.369 от максимума.

Для стандартного ВС диаметр модового поля можно рассчитать по выражению:

(5)

Таким образом, диаметр модового поля растет с увеличением длины волны. На рис. 2 показаны распределения модового поля для стандартного ВС на длинах волн, которые обычно используются для связи.