3 Талшықты жарық өткізгіштердің параметрлерінің есебі

Бұл бөлімде келесі талшықты жарық өткізгіштердің параметрлерін есептеу қажет:

- сандық апертура;

- жарық өткізгіштегі модалар саны;

- жарық өткізгіштің өшулігі;

- жарық өткізгіштің дисперсиясы.

3.1 Талшықты жарық өткізгіш компонеттерінің сыну көрсеткіштерінің есебі

Әйнектің иілгіштік көрсеткішін бағалауда, міндетті түрде оның толқын ұзындығына тәуелділігін, яғни үш мүшелі Селмейер формуласымен сипатталатын, 0,6-2,0 мкм толқын ұзындығы диапазонындағы спектрлік тәуелділігін аңғару керек (3.1):

(3.1)

мұндағы: і және і (1,2,3) - мағыналары тәжірибелі түрдегі коэффициенттер; Х - толқын ұзындығы, мкм.

Жарық өткізгіштікті дайындау үшін кварцтық әйнек құрамына кварцтың иілгіштік қасиетін жоғарлататын германий оксиді мен фосфор және әйнектің иілгіштік көрсеткішін төмендететін бор оксиді мен фтор қолданылады. Құрамы әртүрлі болатын әйнектер үшін де коэффициенттердің мағынасы 6-кестеде көрсетілген.

Жарық өткізгіштіктің негізгі компоненттерінің иілгіштік көрсеткіштерін анықтауда, міндетті түрде жарық шағылыстырушы қабықшаның материалы ретінде таза кварцты әйнек, ал өзекшені дайындауда қоспаланған кварц қолданылатынын ескеру қажет.

Өзекше мен қабықшаның таңдалған материалдарының қасиеттері жарық өткізгіштік талшықтың жұмысының бірмодты режимін қамтамасыз ету керек. Бұл үшін нормаланған (сипаттамалық) жиілікті есептейді.

(3.2)

Егер нормаланған жиілік V<2,405 тең болса, онда жарық өткізгіште толқынның бір ғана типі НЕ₁₁ таралады және бұл жағдайда жарық өткізгіш талшықтың компоненті дұрыс таңдалады.

Егер V>2,405 болса, онда жарық өткізгіште көпмодты жұмыс режимі болады. Бұл жағдайда өзекше мен қабықшаның материалын міндетті түрде қайта таңдау қажет, таңдалған материал оптикалық талшықта бір ғана модты қамтамасыз ету керек.

3.2 Жарық өткізгіштің сандық апертурасының есебі

Апертуралық бұрыштың синусын көрсететін жарық өткізгіштің негізгі шамаларының бірі – сандық апертура NA (Numerical Aperture) болып табылады.

мұндағы - иілгіштік көрсеткішінің салыстырмалы әртүрлілігі.

NA шамасына жарық өткізгішке енгізілетін лазер сәулесінің тиімділігі, микроиілулерде болатын жоғалулар, импульстердің дисперсиясы, таралатын модтың сандары тәуелді болады.

Талшықтарда А_і көп болған сайын NA-да көбейеді, ол жарық өткізгішке жарық көзінен сәуле жіберу жұмысын жеңілдетеді. Магистральды байланыстағы оптикалық кабельдердің сандық апертурасы NA<0,2 болуы керек.

(3.3)

NA=

3.3 Жарық өткізгіштің өшулігін есептеу

Жарық өткізгіштің негізгі параметрлеріне оптикалық жоғалтулар мен берілетін энергияның өшулігі жатады. Бұл шамалар оптикалық кабельмен берілетін байланыстың ұзақтығын және оның тиімділігін анықтайды.

Жарық өткізгіштік тракттың өшулігі жарық өткізгіштік талшықтың өзіндік және қосымша жоғалтуларымен түсіндіріледі. Олар кабельді деп аталады, оптикалық кабельді жасау барысында қаптау және қорғағыш қабықша деформациясы мен жарық өткізгіштің иілгіштігімен ескеріледі.

α = α_с + α_к. (3.4)

Жарық өткізгіштік талшықтарының өзіндік жоғалтулары жұтылатын және жайылатын жоғалтулар болып бөлінеді.

α_с = α_п + α_р. (3.5)

Кабельді жоғалтулар энергияның макро және микроиілулер кезіндегі жоғалтуларымен түсіндіріледі.

α_к = α_macro + α_micro. (3.6)

Осылайша, жарық өткізгіштік талшықта толық жоғалтулар:

α = α_п + α_р + α_macro + α_micro. (3.7)

Диэлектрлік поляризациядағы жоғалтулар жұтылу салдарынан болатын өшулікпен байланысты және жарық өткізгіштіктің материалының қасиеттеріне байланысты:

дБ/км, (3.8)

дБ/км.

мұндағы n₁ – өзекшенің сыну көрсеткіші; λ - толқын ұзындығы; δ - жарық өткізгіштегі диэлектрлік жоғалтулардың тангенс бұрышы, ол 2,4*10¹² тең.

Жайылу кезіндегі өшулік (3.9) формула бойынша есептеледі:

, дБ/км. (3.9)

дБ/км.

Макроиілулердегі жоғалтулар барлық оптикалық кабель бойындағы жарық өткізгіш талшықтың құрылымының геликоидімен түсіндіріледі және сатылы әйнек талшық (3.10) формуласы бойынша есептеледі:

дБ/км, (3.10)

дБ/км.

мұндағы а - өзекше радиусы, мкм; - сыну көрсеткіштерінің салыстырмалы айырмашылықтары, d – орауыш диаметрі, мм; S – орауыш қадамы, мм.

S/d қатынасы құрылымының тұрақтылық параметрі деп аталады, ол оптикалық кабельдерде 12-30 шамасында болады.

Бірмодты жарықөткізгіштердің микроиілу кезіндегі сәулелену салдарынан болатын қосымша өшуліктер төмендегі формула бойынша есептелінеді:

дБ/км, (3.11)

дБ/км.

мұндағы к-микроиілудің ұзындығы мен амплитудасына тәуелді коэффициент, с= 10-15; а-әйнек талшықты өзекшенің радиусы, мкм; b-қабықша диаметрі, мкм; Х-толқын ұзындығы, мкм.-мод өрісінің радиусы, мкм

, . (3.12)