3.2 Расчет параметров многомодового градиентного волокна
В градиентном волокне сердцевина не является однородной структурой – показатель преломления изменяется по какому-либо закону. Следовательно, траектория таких лучей не прямолинейна, как у ступенчатого волокна, а криволинейна и имеет форму синусоиды или косинусоиды, причем лучи изогнуты в сторону увеличения n. Путем подбора закона изменения показателей преломления в сердцевине, траекторий движения лучей можно управлять, и для меридиональных лучей будет наблюдаться пространственная фокусировка.
В данной работе для многомодового градиентного волокна на длине волны 1.55 мкм выбираем сердцевину из кварца с добавлением фосфора (90.9%SiO2+9.1%P2O2) с показателем преломления n1=1.4619, а светоотражающую оболочку из кварца, с показателем преломления n2=1.4469.
Расчет числовой апертуры:
Так как преломления градиентных волокон зависят от радиуса, то это приводит к разным значениям числовой апертуры таких волокон:
- максимальна при условии соосного расположения источника оптического излучения и сердцевины волокна
- минимальное при взаимном смещении центров источника и сердцевины друг относительно друга
Значение числовой
апертуры является паспортной величиной
и в соответствии с IEC G.651
составляет
.
Расчет многолучевой межмодовой дисперсии:
где Δ – полная относительная разность показателя преломления
При ά=2
Наименьшее многомодовая дисперсия имеет при оптимальном значении профиля показателя преломления:
При
ά=
Таким образом временная дисперсия зависит от профиля показателя преломления, причем наиболее предпочтительно значение ά=2.
При ά>2 волокно недокомпенсировано по дисперсии, мередиальные лучи распространяются быстрее косых.
При ά<2 волокно перекомпенсировано по дисперсии – косые лучи движутся быстрее мередиальных.
В качестве источников оптического излучения применяют светоизлучающие диоды и полупроводниковые лазеры.
Светоизлучающие диоды являются некогерентными источниками излучения, лазеры – когерентными источниками с более узкой диаграммой направленности. Но оба эти источника являются немонохромотичными, и светодиод (СИД) более немонохромотичен, чем лазер. Это значит, что излучаемая ими мощность находиться в некотором диапазоне длин волн Δλ. Это приводит к зависимости показателя преломления от длины волны. А это в свою очередь приводит к тому, что составляющие λ, которые возникли в результате зависимости n = f(λ), придут в разные моменты времени на выходе волокна. В результате, длительность импульса увеличиться. Этот эффект называют материальной дисперсией. Она целиком зависит от свойств источника оптического излучения и характеристиками материала.
Как видно из расчета дальность передачи в выбранном нами градиентном многомодовом волокне, при наиболее предпочтительном показателе преломления ά=2, составляет 26,3км, а мы прокладываем линию длиной 150 км. Так что можно сделать вывод, что для данной сети не может применяться многомодовое градиентное волокно.
Коэффициент материальной дисперсии
Коэффициент материальной дисперсии индивидуальная характеристика материала и меняет знак (переходит через ноль) на различных длинах волн в зависимости от состава материала сердцевины. На принятой нами расчетной частоте λ=1,31 коэффициент материальной дисперсии практически равен нулю. Эта частота является наиболее приемлемой для многомодовых оптических волокон, так как материальная дисперсия не проявляется.
Номинальная частота:
Число мод:
