2. Параметры оптических волокон.

Оптическое волокно характеризуется тремя основными параметрами передачи: затуханием, дисперсией и шириной полосы пропускания. Эти параметры определяют возможности практического использования оптического кабеля. Также определяют максимальное расстояние, на которое можно передавать сигналы без промежуточных регенераторов или усилителей.

2.1. Параметры передачи оптических волокон

К параметрам передачи оптического волокна относятся:

• Коэффициент затухания;

• Дисперсия;

• Ширина полосы пропускания.

2.1.1. Коэффициент затухания оптического сигнала

Затухание сигналов в оптическом кабеле обусловлено собственными потерями мощности в изолированных прямолинейных оптических волокнах и дополнительными (кабельными) потерями, возникающими в результате сборки оптических волокон в кабель.

Собственные потери

Собственные потери мощности определяются двумя факторами: поглощением энергии в материале оптического волокна и рассеянием энергии в окружающем пространстве. Потери на поглощение состоят из потерь в самом материале (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение) и потерь, связанных с поглощением света на примесях.

Примесные центры, в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных, присущих каждой примеси, длинах волн. Наиболее заметное поглощение соответствует примесям ОН (ионы гидроксильных групп). Соответствующий водный пик в районе λ=1,39 мкм присутствует у всех современных кабелей, изготовленных по промышленной технологии.

Собственные потери на поглощение быстро растут в инфракрасной области.

Потери на расстояние вызываются микроскопическими неоднородностями, которые неизбежно появляются во время изготовления оптоволокна на заводе. Свет, падая на такие неоднородности, отражаются во всех направлениях. Эти потери называются Рэлеевским рассеянием и зависят от длины волны.

В длинноволновой области спектра 1,3…1,6 мкм два минимума потерь (окна прозрачности). По сравнению с длиной волны λ =0,85 мкм, которая первой начала использоваться в волоконно-оптических системах передачи, собственные потери при λ=1,3 мкм уменьшаются примерно в 3 раза, а при λ=1,55 мкм в 8-10 раз.

До последнего времени под окнами прозрачности понимались узкие области спектральной кривой собственных потерь.

Окна прозрачности:

• Первое λ=0,85 мкм;

• Второе λ =1,280…1,325 мкм;

• Третье λ=1,529…1,565 мкм;

• Четвертое λ=1,565…1,620 мкм;

• Пятое λ=1,325…1,450 мкм.

В характеристиках оптического волокна обычно указывается рабочий диапазон (окно прозрачности), для которого оно предназначено.

Дополнительные (кабельные) потери

Дополнительные (кабельные) потери мощности возникают в результате наложения на оптическое волокно защитного полимерного покрытия и деформации оптоволокна при сборке оптического кабеля.

Защитное покрытие предназначено для повышения надежности оптического волокна и уменьшения взаимных (перекрестных) помех между ними при плотной укладке в оптический кабель. Чем больше толщина оболочки оптического волокна, тем меньше дополнительные потери в защитном покрытии. С другой стороны, увеличение толщины оболочки приводит к ухудшению гибкости оптического волокна и увеличению его стоимости. Поэтому обычно у многомодовых диаметр оболочки в 2,0-2,5 раза больше диаметра сердцевины. При этом потери в защитном покрытии не превышают 0,1 Дб/км. У одномодовых соотношение между указанными параметрами иное. Поскольку поле основной моды проникает в оболочку на значительную глубину, для обеспечения малой величины потерь в покрытии толщина оболочки должна в 10 и более раз превышать радиус сердцевины.

Деформация оптоволокна при изготовлении кабеля (микроизгибы, спутка, сжатие) является другой причиной появления дополнительных потерь. При соответствующем выборе кабельных материалов, конструкции и технологии изготовления оптического кабеля составляет не больше 20 % от полных потерь.

Дополнительные потери мощности практически постоянны в диапазоне длин волн 0,8…1,7 мкм.

При строительстве и эксплуатации оптических кабельных линий возможно появление так называемых эксплуатационных потерь. Эти потери связаны с микроизгибами оптического волокна, которые неизбежно возникают при прокладке оптического кабеля. Другая причина – постепенное увеличение собственных потерь.

Основной причиной постепенного увеличения собственных потерь оптического кабеля является влага, проникающая в оптический кабель. Под ее действием происходит помутнение стекла и образование микротрещин. Для защиты от влаги применяют влагозащитные оболочки и гидрофобное заполнение.