2 Расчётный раздел

2.1 Расчет параметров передачи оптического волокна

В оптическом волокне (ОВ) границы раздела сред (сердцевина – оболочка) являются прозрачные стекла, поэтому возможно не только отражение оптического луча, но и переход его энергии в оболочку. Для устранения потерь энергии за счёт излучения в окружающее пространство необходимо, чтобы излучение находилось внутри числовой апертуры. Числовая апертура (NA) определяет эффективность ввода излучения в волокно, потери на микроизгибах, а также число распространяемых мод.

Определяем значение числовой апертуры по формуле 2.1:

, (2.1)

где – показатель преломления сердцевины ОВ;

– показатель преломления оболочки ОВ.

Относительное значение показателя преломления ОВ определяется по формуле 2.2:

(2.2)

Из этого соотношения определяем значение по следующей формуле:

Подставим значения коэффициентов преломления в формулу 2.1 и определим значение числовой апертуры:

В ОВ, применяемых для работы многоканальных систем передачи, значение числовой апертуры должно находится в пределах от 0,1 до 0,25. Следовательно, расчет проведен верно.

Определим значение нормированной частоты, которая характеризует режим работы ОВ, по формуле 2.3:

ГГц (2.3)

где d – диаметр сердцевины оптического волокна (для ОВ G.652 – 5 мкм);

λ – расчётная длина волны (λ = 1,55 мкм).

Если значение нормированной частоты находится в пределах от 0 до 2,405, в ОВ распространяется только одна мода и режим работы ОВ – одномодовый. Превышение этого предела создает условия для распространения нескольких мод.

Из-за малой разности коэффициентов преломления сердцевины и оболочки оптическое излучение распространяется не только в сердцевине, но и частично в оболочке.

Для характеристики этого явления вводится понятие модового поля, которое учитывает увеличение площади распространения оптического излучения. Диаметр модового поля определим по формуле 2.4:

(2.4)

В пределах модового поля мощность излучения уменьшается до 0,135 максимального значения и распределение мощности излучения в пределах модового поля приведём на рисунке 2.1.

Диаметр модового пятна для ОВ G.652 – (8,6-9,5) ± 0,6 мкм [1]. Сравним рассчитанное значение с номинальным. Полученное значение совпадает с номинальным.

Определим скорость прохождения оптического излучения в ОВ по формуле 2.5:

(2.5)

где – скорость света в вакууме, равная 3∙108 м/с.

Рисунок 2.1 – Распределение мощности оптического излучения в волокне

Результаты расчётов основных параметров ОВ сведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Параметры оптического волокна

Параметры	n1	n2	NA	, мкм	V	C, м/c
Значение параметра	1,52	1,513	0,146	10,21	1,458