3.1.2 Геометрические параметры волокна

Основными факторами, влияющими на характер распространения света в волокне, наряду с длиной волны излучения, являются: геометрические параметры волокна, параметры передачи (затухание и дисперсия) и механические параметры. Рассмотрим геометрические параметры волокна.

Относительная разность показателей преломления.Волокно состоит из сердцевины и оболочки. Оболочка окружает оптически более плотную сердцевину, являющуюся светонесущей частью волокна. Будем обозначать через n1 и n2 показатели преломления сердцевины и оболочки, соответственно. Один из важных параметров, который характеризует волокно, это - относительная разность показателей преломления Δ [16]:

, (3.1)

где n₁– показатель преломления первой среды;

n₂– показатель преломления второй среды.

Числовая апертура.Важным параметром, определяющих условия ввода оптических сигналов и процессы их распространения в ОВ, является числовая апертураNA. Она связана с максимальным углом θ_Авводимого в волокно излучения из свободного пространства, при котором свет испытывает полное внутреннее отражение и распространяется по волокну, формулой [16]:

NA = sin θА, (3.2)

где θ_А–угол вводимого, в волокно излучения из свободного пространства, при котором свет испытывает полное внутреннее отражение.

Для обеспечения условия полного внутреннего отражения при распространении световых лучей необходимо обеспечить ввод излучения в торец волокна под углом меньше или равным θ_А.

Числовая апертура для ступенчатого волокна равна [16]:

. (3.3)

Из последнего выражения видно, что с увеличением разности показателей преломления сердечника и оболочки значение NAвозрастает и, следовательно, улучшается эффективность ввода излучения в ОВ.

Нормированная частота.Другим важным параметром, характеризующим волокно и распространяющийся по нему свет, является нормированная частота υ, которая определяется как [16]

, (3.4)

где d– диаметр сердцевины волокна, нм;

NA– числовая апертура;

λ – длина волны излучения, нм.

Количество мод.Если при υ < 2,405 может распространяться только одна мода, то с ростом V количество мод начинает резко расти, причем новые типы мод «включаются» при переходе υ через определенные критические значения.

Длина волны отсечки– минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду. Этот параметр характерен для одномодового волокна. Если рабочая длина волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света. В этом случае появляется дополнительный источник дисперсии - межмодовая дисперсия, ведущий к уменьшению полосы пропускания волокна. Значение длины волны отсечки легко определяется из условия одномодовости [16]

. (3.5)

Различают волоконную длину волны отсечки и кабельную длину волны отсечки. Первая соответствует слабо напряженному волокну. На практике же волокно помещается в кабель, который при прокладке испытывает множество изгибов. Все это ведет к подавлению побочных мод и смещению кабельной длины волны отсечки в сторону коротких длин волн.