ЭД / Новая папка / ЛК 10 ТЭД_и_РРВ

ЭД и РРВ (ЛК 10)

Диэлектрический (оптический) волновод

∙конструкция диэлектрических (оптических) волноводов;

∙классификация диэлектрических (оптических) волноводов;

∙понятие «окна прозрачности» в диэлектрических волноводах;

∙достоинства диэлектрических (оптических) волноводов.

ЭД и РРВ (ЛК 10) Диэлектрический (оптический) волновод

Оптические волноводы — это диэлектриче- ские структуры, по которым может распро- страняться электромагнитная энергия в види- мой и инфракрасной областях спектра (рабо- чий диапазон диэлектрических волноводов: 1014...1016 Гц). Волноводы, используемые в оптической связи, представляют собой гибкие волокна из прочных диэлектрических мате-

риалов. Поперечное сечение таких волоконных световодов имеет размеры, сравнимые с размерами человеческого волоса.

Первые стеклянные оптические волокна изготавливались из кварцевого стек- ла. В настоящее время развивается применение пластиковых оптических во- локон. Сердечник в таком волокне изготовляют из полиметилметакрилата, а

оболочку из фторполимеров.

ЭД и РРВ (ЛК 10)

Конструкция диэлектрических (оптических) волноводов

Оптическое волокно, как правило, имеет круглое сечение и состоит из трёх областей: центральная область — сердцевина, окружена оболочкой, которая, в свою очередь, окружена защитным покрытием. Для обеспечения полного внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины не- сколько выше показателя преломления оболочки. Луч света, направленный в сердцевину, будет распространяться по ней. Возможны и более сложные кон- струкции: в качестве сердцевины и оболочки могут применяться двумер- ные фотонные кристаллы, вместо ступенчатого изменения показателя пре-

ломления часто используются волокна с градиентным профилем показателя

ЭД и РРВ (ЛК 10)

Конструкция диэлектрических (оптических) волноводов

преломления, форма сердцевины может отличаться от цилиндрической. Такие конструкции обеспечивают волокнам специальные свойства: удержание по- ляризации распространяющегося света, снижение потерь, изменение диспер- сии волокна и др.

Оптические волокна, используемые в телекоммуникациях, как правило, име- ют диаметр 125±1 микрон. Диаметр сердцевины может отличаться в зависи- мости от типа волокна и национальных стандартов.

ЭД и РРВ (ЛК 10)

Классификация диэлектрических (оптических) волноводов

Оптические волокна могут быть одномодовыми и многомодовыми. Диаметр сердцевины одномодовых волокон составляет от 7 до 10 микрон. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну лишь одной моды элек- тромагнитного излучения, за счёт чего исключается влияние дисперсионных искажений. В настоящее время практически все производимые волокна явля- ются одномодовыми.

ЭД и РРВ (ЛК 10)

Классификация диэлектрических (оптических) волноводов

Существует три основных типа одномодовых волокон:

∙Одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой дисперсией (стан- дартное), определяется рекомендацией ITU-T G.652 и применяется в большинстве оптических систем связи.

∙Одномодовое волокно со смещённой дисперсией, определяется реко-

мендацией ITU-T G.653.

∙Одномодовое волокно с ненулевой смещённой дисперсией, определяется рекомендацией ITU-T G.655.

Дисперсия света (разложение света) — это явление, обусловленное зависи-

мостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, же, зависи- мость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты).

ЭД и РРВ (ЛК 10)

Классификация диэлектрических (оптических) волноводов

Многомодовые волокна отличаются от одномодовых диаметром сердцевины, который составляет 50 микрон в европейском стандарте и 62,5 микрон в севе- роамериканском и японском стандартах. Из-за большого диаметра сердцеви- ны по многомодовому волокну распространяется несколько мод излучения — каждая под своим углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсион- ные искажения и из прямоугольного превращается в колоколоподобный.

Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые и градиентные. В ступенчатых волокнах показатель преломления от оболочки к сердцевине из- меняется скачкообразно. В градиентных волокнах это изменение происходит иначе — показатель преломления сердцевины плавно возрастает от края к центру. Это приводит к явлению рефракции в сердцевине, благодаря чему снижается влияние дисперсии на искажение оптического импульса.

ЭД и РРВ (ЛК 10)

Классификация диэлектрических (оптический) волноводов

Ступенчатый многомодовый диэлектрический волновод

Градиентный многомодовый диэлектрический волновод

ЭД и РРВ (ЛК 10)

Понятие «окна прозрачности» в диэлектрических волноводах

Окно прозрачности — диапазон длин волн оптического излучения, в кото- ром имеет место меньшее, по сравнению с другими диапазонами, затухание излучения в среде, в частности — в оптическом волокне. Стандартное сту- пенчатое оптическое волокно имеет три окна прозрачности: 850 нм, 1310 нм и 1550 нм. К настоящему времени разработаны четвёртое (1580 нм) и пятое (1400 нм) окна прозрачности, а также оптические волокна, имеющие относи- тельно хорошую прозрачность во всём ближнем инфракрасном диапазоне.

Неоднородность затухания света в оптическом волокне в разных диапазонах длин волн обусловлено неидеальностью среды, наличием примесей, резони- рующих на разных частотах.

Затухание в разных окнах прозрачности неодинаково: наименьшая его вели- чина — 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны 1550 нм, поэтому третье окно прозрачности используется для организации связи на большие расстояния. Во втором окне прозрачности (1310 нм) затухание выше, однако для этой длины