57. Одномодовые оптические волокна

К одномодовому типу оптических волокон относятся такие волокна, в кото- рых может распространяться только одна мода, сформированная оптическим излу- чением. Для обеспечения одномодового режима работы также необходимо выполнение условия:

n

а) б)

Рис. 1.5 Вид профиля показателя преломления одномодовых оптических волокон

Существенным недостатком этого полотна является высокая чувствительность к изгибам.

Потеря излучения при изгибе волокна обусловлена 2умя причинами:

1 Мощность излучения теряется непосредственно в изогнутом волокне в следствии того, что в изогнутом полотне периферийная часть моды излучается в оболочку волокна и теряется.

2 Величина этих потерь пропорциональна числу витков изогнутого волокна и обратно пропорциональна радиусу его изгиба.

К увеличению оптических потерь приводят микроизгибы, которые могут появлятся при многослойной намотке волокна с большим напряжением.

Оптические потери возникают также в следствии соединения прямого и изогнутого волокна так как в изогнутом волокне центр модового пятна смещен относительно оси волокна, зависящей от радиуса изгиба волокна.

В результате модовые пятна прямого и изогнутого волокна в месте их соединения , оказываются смещенными друг относительно друга и только часть мощности излучения передается в волкно, а остальная мощность теряется.

Для снижения влияния изгибов на потерю излучения стандартное волокно усовершенствовали.

Такое волокно имеет более сложный профиль вокруг сердечника имеется две оболочки с разными показателями преломления (рис б).

Поперечное сечение одномодовых оптических волокон в стандартном исполнении (рис а) и со специальной обсолютно нулевой дисперсии (рис б).

Для рисунка А (Dм = 10, Dб = 240), для Б (Dм = 10, Dс = 125, Dб = 240)

а) б)

Рис. 1.6 Поперечное сечение одномодовых оптических волокон:

а) стандартное однородное оптическое волокно для 1,3 мкм;

б) одно-ое опт. волокно со смещенной в область 1,55 мкм нулевой дисперсией.

Коэффициент затухания в оптическом волокне обуславливается собственными потерями в волокне, потерями на изгибах и микроизгибах.

Собственные потери вызваны рассеянием излучения на неоднородностях оптического волокна и поглощением излучения:

^{α = α}рел ^{+ α}сер ^{+ α}уф ^{+ α}ик ^{+ α}прим ^{+ α}ОН^,

где α_рел – потери на релеевское рассеяние излучения на микронеоднородностях в во- локне, размер которых меньше длины волны оптического излучения, в результате чего может измениться угол распространения и излучение может выйти из волокна;

α_сер – «серые» потери на рассеяние (когда размер неоднородностей в волокне боль- ше длины волны оптического излучения);

α_уф – поглощение в ультрафиолетовой ча- сти спектра, обусловленное электронными полосами поглощения материала волок- на;

α_ик – фононное поглощение в ИК-области спектра, связанное с колебаниями хи- мических связей компонентов стекла;

α_прим – поглощение, вызванное примесями металлов;

α_ОН – поглощение, обусловленное гидроксильными ионами ОН, присут- ствующими в стекле.

Релеевское рассеяние принципиально неустранимо, определяет низший уро- вень оптических потерь в материале волокна, увеличивается с ростом концентрации легирующих примесей и зависит от их типа. Коэффициент релеевского рассеяния сильно зависит от длины волны распространяющегося излучения:

α_рел = Кλ^–4,

где К – коэффициент группы (ОН^-).