§ 8. Ефективна довжина хвилі відсічення

Мінімальна довжина хвилі, при якій у волокні поширюється тільки одна мода, називається довжиною хвилі відсічення. При заданих значеннях числової апертури і радіуса серцевини її можна розрахувати виходячи з умови V = 2.4. Однак на практиці використовується не розрахункове значення довжини хвилі відсічення, а її ефективне значення, яке знаходиться експериментально за методикою, яка визначається стандартом ITU - Т, G. 650.

Ця методика заснована на тому, що другу моду можна відсікти, зігнувши волокно. У середині прямого відрізка волокна довжиною 2 м робиться петля діаметром 28 см і вимірюється залежність інтенсивності минулого через волокно випромінювання від довжини хвилі. Поблизу довжини хвилі відсічення інтенсивність минулого випромінювання зменшується (приблизно в три рази) в порівнянні з її значенням у відсутність петлі з волокна.

Таким чином, виходить, що якщо волокно «пряме» (петля відсутній), то в ньому поширюються дві моди. Відповідно, при цьому параметр волокна V> 2.4, а ефективна довжина хвилі відсічення менше її теоретичного значення, одержуваного з умови

V = 2.4.

На відміну від «теоретичної» ефективна довжина хвилі відсічення залежить від довжини волокна і наявності в ньому вигинистих деформацій. Після укладання волокна в оптичний кабель вигинистих деформацій у волокні стає більше. Тому максимально можлива довжина хвилі відсічення в кабелі завжди менше максимально можливої ​​довжини хвилі відсічення у волокні

Оцінимо довжину хвилі відсічення в SM волокні виходячи з умови

V = 2.4. Вважаючи (згідно специфікації) у виразі для параметра волокна ( ) діаметр серцевини 2а рівним 8.3 мкм, а числову апертуру NA рівній 0.12, отримуємо: . Далі, використовуючи умова V = 2.4, знаходимо «теоретичне» значення довжини хвилі відсічення = 1310 нм.

Чим ближче робоча довжина хвилі до довжини хвилі відсічення, тим краще волокно «веде» світло і тим менше величина додаткових втрат, що виникають при вигинах такого волокна. Гістограми розподілу ефективної довжини хвилі відсічення у волокнах компанії Hitachi і довжини хвилі випромінювання лазерного діода наведені на рис. 1.9.

З гістограм видно, що майже в половині випадків довжина хвилі випромінювання виявляється менше ефективної довжини хвилі відсічення у волокні, т. Е. Волокно в цьому випадку вже не буде одномодовим. Однак волокно, укладене в кабель, відчуває досить багато вигинів (зокрема, через повиву), і в ньому ефективна довжина хвилі відсічення зменшується так, що друга мода практично повністю відсікається. Проблеми виникають тільки при роботі з короткими відрізками волокон (наприклад, з пачкорд). У них при прецизійних вимірюваннях втрат доводиться створювати петельки для відсічення другої моди.

§ 9. Втрати через різницю діаметрів модових плям

Розподіл інтенсивності першої моди волокна в поперечному перерізі добре описується функцією Гаусса: , де w - діаметр модового плями. Таким чином, розрахунок втрат в місці з'єднання волокон зводиться до добре відомої задачі про ефективності узгодження двох гауссових пучків (у місці їх перетяжки, де фазовий фронт у них плоский). Ці втрати виникають через непаралельності цих пучків і зміщення їх один щодо одного в поперечному напрямку, а також і через нерівності діаметрів цих пучків і їх еліптичності.

Відображеної потужністю ми нехтуємо, оскільки припускаємо, що в місці з'єднання створюється хороший оптичний контакт. Непаралельність і еліптичність пучків, як правило, мала і залишаються дві основні причини виникнення втрат при з’єднанні волокон: нерівність діаметрів пучків (діаметрів модових плям) і їх поперечний зсув один щодо одного.

Діаметр модового плями w однозначно визначається величиною параметра волокна V (рис. 1.10).

Звідси видно, що в першому наближенні радіус модової плями не залежить від радіуса серцевини і визначається відношенням довжини хвилі випромінювання до числової апертурі волокна. Враховуючи, що в SM волокнах числова апертура , отримуємо оцінку для діаметрів модових плям :

w = 9.2 мкм ( λ = 1.31 мкм ) і w = 10.8 мкм ( λ = 1.55 мкм), що збігається ( в межах допуску ) зі значеннями , наведеними в специфікаціях на SM волокна

Залежність втрат в місці з'єднання волокон від відносної різниці діаметрів модових плям зображена на рис. 1.11.

За міжнародним стандартом ITU-T G. 652 відносне відхилення діаметрів модових плям SM волокон не повинно перевищувати 10%. Як видно з порівняння залежностей, наведених рис. 1.11, при <0.1 втрати в місці з'єднання волокон добре описуються наближеною формулою:

. (1.4)

При <10% отримуємо, що (дБ) <0.05 дБ.

Характерно, що втрати в місці з'єднання волокон пропорційні квадрату різниці діаметрів модових плям і, от же, не залежать від знака цієї різниці, як і повинно бути, тому що величина цих втрат не залежить від напрямку поширення світла. Враховуючи, що середнє значення діаметра модового плями в SM волокнах на λ = 1550 нм одно 10.4 мкм, (1.4) можна привести до ще більш зручному для оцінок увазі:

пекло

де - різниця діаметрів модових плям, вимірювана в мікронах.