5 Расчет затухания оптического волокна

Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери энергии) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенераторами.

На затухание света в волокне влияют следующие факторы: потери на поглощение, потери на рассеяние и кабельные потери [1].

Потери на поглощение и на рассеяние вместе называют собст­венными потерями, в то время как кабельные потери в силу их при­роды называют также дополнительными потерями.

Затухание в опти­ческом волокне - это мера ослабления оптической мощности, рас­пространяемой вдоль оптического волокна между двумя его попе­речными сечениями на данной длине волны. Затухание в оптическом волокне выражается в децибелах.

Коэффициент затухания оптического волокна - это величина за­тухания на единице длины волокна, выражается в дБ/км.

Коэффициент затухания оптического волокна обуславливается собственными потерями волокна и выражается в виде [1]:

, (24)

где α_РР, α_ПМ, α_ИК, α_ПР - составляющие коэффициента затухания за счет рэлеевского рассеяния, поглощения в материале волокна, инфракрасного поглощения и поглощения на примесях оптического волокна, соответственно.

При правильном выборе материала для оптических волокон и рабочей длины волны, а также строгом контроле процессов изготовления и путем совершенствования конструкции кабеля, потери на нерегулярностях и микроизгибах можно сделать пренебрежимо малыми.

Таким образом, коэффициент затухания в оптическом волокне определяется двумя факторами: рассеянием энергии в окружаю­щее пространство α_РР и потерями энергии в материале волокна α_ПМ. В этом случае формула (24) принимает следующий вид:

( 25)

Затухание рассеяния, с одной стороны, обусловлено неоднородностями материала ОВ, размеры которых меньше длины волны, а с другой – ­тепловыми флуктуациями показателя преломления. Оно принципиально неустранимо и вносит свой вклад в затухание ОВ даже в том случае, когда потери света на поглощение равны нулю.

Составляющую коэффициента затухания ОВ α_РР за счет рэлеевского рассеяния можно определить из выражения [1]:

, дБ/км , (26)

где – показатель преломления сердцевины (1,450-1,455);

Дж/К – постоянная Больцмана;

м²/Н – коэффициент сжимаемости для кварца;

К – температура затвердевания стекла при вытяжке.

Рассчитаем величину потерь на рассеяние:

, дБ/км

Потери на релеевское рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих волоконным световодам. Этот предел различен для различных волн и с увеличением длины волны уменьшается.

Затухание за счет поглощения связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой, а также существенно зависит от свойств материала световода и может быть рассчитано по формуле [1]:

, дБ/км , (27)

где  - длина волны, км;

tg - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде ( - ).

Подставляя соответствующие значения в (27), получаем:

, дБ/км.

Величина собственных потерь в оптическом волокне на длине волны  = 1,31 мкм определяется по формуле ( 25 ):

, дБ/км.