3.3. Многомодовые оптические волокна

Многомодовые ОВ могут быть ступенчатыми или градиентными. У ступенчатого ОВ профиль показателя преломления (ППП) постоянен и существует резкий переход отп₁ сердцевины кп₂оболочки. Градиентное ОВ имеетсердцевину с непрерывным плавным изменением ППП по радиусу от центра и периферии с максимумом на оси волокна. Оптимальным ППП в ОВ является параболический.

гдеr — текущий радиус; а — радиус сердцевины; п₀ — показатель преломления в центре сердцевины; (примерно 1.5);

Изменение ППП по радиусу сердцевины определяется выражением

Поперечные размеры многомодового волокна: диаметр сердцевины 50 мкм, оболочки 125 мкм, покрытия 500 мкм. В многомодовом ОВ распространяется несколько мод (типов волн).

3.4. Одномодовые оптические волокна

Одномодовые ОВ предназначены для передачи одного типа волны — одной моды. Как правило, они имеют кварцевую сердцевину (диаметр 8...10 мкм) и оболочку (диаметр 125 мкм).

Для согласования условий минимальных потерь и нулевой дисперсии ООВ в зависимости от профиля показателя преломления имеют несколько модификаций.

В ООВ дисперсия состоит из волноводной и материальной дисперсий (τ = τ_вв + τ_мат), которые, как правило, имеют противоположные знаки. Волноводная дисперсия зависит от ППП. Изменяя его, можно на определенной длине волны подобрать значение τ_вв, равное по величине и обратное по знаку τ_мат. В результате суммарная дисперсия будет равна нулю.

На рис. 3.3 приведены значения дисперсий при обычном ступенчатом и модифицированном треугольном ППП. Из рисунка видно, что если в первом случае результирующая дисперсия имеет большое значение, то во втором происходит компенсация материальной и волноводной дисперсией и в диапазоне λ=1,3...1,6 мкм результирующая дисперсия весьма мала. Поэтому обеспечивается большая пропускная способность оптического тракта

(∆F=1/ τ).

Известны ООВ со смещенной и сглаженной дисперсией. Различные конфигурации профиля показателя преломления ООВ со смещенной дисперсией показаны на рис. 3.4. Свойства их приведены в табл. 3.2. Получили применение ООВ с треугольным, трапецеидальным, двуступенчатым и другимипрофилями. Хорошие результаты дает треугольный профиль, при котором достигаются минимум потерь и нулевая дисперсия при λ=1,55 мкм. Треугольный профиль обладает самофокусирующими свойствами и удерживает распространяющиеся лучи в небольшом объеме. Так как волноводная дисперсия становится больше с уменьшением модового пятна, то для треугольного профиля можно иметь больший диаметр сердцевины (d=15..20 мкм), чем для волокна со ступенчатым распределением показателя преломления при равном значении дисперсии. Это позволяет сдвинуть нулевое значение-, дисперсии к длине волны 1,55 мкм. Для треугольного профиля оптимальным является соотношение 0,8%+∆n<1,0%, где ∆n=n₁–n₂. Собственные потери в ООВ могут быть уменьшены за счет уменьшения концентрации легирующей добавки германия и применения фтора для уменьшения п₂ при сохранении ∆n постоянной.

Таблица3.2

Параметр	Значение профиля показателя преломления
	рис. 3.5. а	рис. 3.5, б	рис. 3.5, в	рис. З.5, г
Дисперсия, пс/(нм*км) Наклон дисперсии при λ=1.55 мкм, пс/(нм2*км) Длина волны нулевой дисперсии, λ0. мкм Коэффициент затухания, дБ/км, при λ= 1,55 мкм	– – 1,56±0,01 0,21	– – 1,56 0,33	0,3 0,052 1,544±0,022 0,24	3 0,09 1,52 0,21

Таблица 3.3

Параметр	Значение профиля показателя преломления
	рис. 3.6, а	рис. 3.6, б	рис. 3.6, в	рис. 3.6, г
Дисперсия при λ=1,33мкм, пс/(нм*км) Наклон дисперсии, пс/ (нм2× км) Дисперсия при λ=1,55 мкм, пс/(нм×км) Наклон дисперсии, пс/ (нм2×км) Длина волны, мкм, для дисперсии: 3 пс/(нм×км) 5 пс/(нм×км) Длина волны нулевой дисперсии λо, мкм Коэффициент затухания, дБ/км, при λ=1,3...1,55 мкм	-8 0,06 +0,5 -0,01 2,4...1,7 1,45... 1,7 1,50/1,67 0,6/0,4	0 — 1 — 1,25... 1,7 1,3 ... 1,65 1,3/1,6 0,6/0,4	-3 0,03 0,08 -0,02 1,30... 1,65 1,38... 1,60 1,47/1,51 0,7/0,4	-6 0,06 -0,5 0 1,37... 1,60 1,40 ... 1,60 — 0,35/0,20

Одномодовые ОВ со сглаженной (выравненной) дисперсией (рис. 3.5 и табл. 3.3) изготовляют путем создания депрессированного кольца в оптической оболочке вокруг сердцевины.

Рис. 3.5. Профили показателя преломления ОВ со сглаженной дисперсией:

а— типа W; б — квадрупольный; в — треугольный; г — усложненный

Рис. 3.6. Химическое осаждение из газовой фазы: 1 – опорная трубка; 2 — нагревательный элемент; 3 — хлорированный кварц; 4 —германий; 5 — откачка газа; 6 — осаждаемые слои.

Этот тип ООВ теперь известен как ОВ типа W или одномодовые ОВ с двойной оптической оболочкой. Его дисперсия вблизи 1,3 мкм приблизительно соответствует дисперсии обычного одномодового ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления. Однако с увеличением длины волны распространяющийся свет проникает в депрессированное кольцо профиля вокруг сердцевины, что приводит к прогрессирующему увеличению волноводной дисперсии в длинноволновой области. Это может компенсировать материальную дисперсию в широком интервале длин волн. Другими разновидностями ОВ со сглаженной дисперсией является ООВ с квадрупольной, квадрупольной оптической оболочкой и треугольной сердцевиной, тройными оптическими оболочками и другими профилями (рис. 3.6).