8.1. Волоконно оптические линии связи, принцип действия волоконных световодов. Критическая частота и длинна волны оптического световода. Принцип действия волоконных световодов

Основным элементом оптического кабеля является волоконный световод, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому осуществляется передача волн микронных длин, что соответствует диапазону частот 10¹⁴ - 10¹⁵ Гц. Волоконный световод, как правило, имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердечника и оболочки с разными оптическими характеристиками (п₁ и п₂). Наиболее широкое применение: получили волоконные световоды двух типов: ступенчатые и градиентные. У ступенчатых световодов показатель преломления в сердечнике постоянен и имеется резкий переход от п₁ сердечника к п₂ оболочки. Градиентные волокна имеют непрерывное плавное изменение показателя преломления в сердечнике по радиусу световода от центра к периферии. Существующие в настоящее время волоконные световоды можно классифицировать на три типа: одномодовые, многомодовые и градиентные. Сердечник служит для передачи электромагнитной энергии. Назначе­ние оболочки — создание лучших усло­вий отражения на границе сердеч­ник— оболочка и защита от излуче­ния энергии в окружающее простран­ство. Передача по оптическим кабелям это - радиопередача,

но здесь распространяется волна не во все стороны, а канализуется световодом в заданном направлении. Критическая частота. Индекс n характеризует число изменений поля по периметру световода. Между длиной волны λ и диаметром сердечника световода d имеется соотношение cosθ = λ/d, где θ — угол падения волны на границу раздела сердечник—оболочка.

9.1. Типы волн(моды) в световоде ок. Затухание, дисперсия и пропускная способность световодов.

Волоконные световоды, находящие­ся в общем сердечнике оптического кабеля, могут оказывать мешающее воздействие в виде помех на сосед­ние световоды. В общем случае в волокон­ном световоде могут существовать три типа волн: направляемые, вытекаю­щие и излучаемые. Направляемые волны (волны сер­дечника) — это основной тип волны, распространяющийся по световоду. Здесь вся энергия сосредоточена внут­ри сердечника световода и обеспечи­вает передачу информации. Излучаемые волны (пространствен­ные волны) возникают при вводе под углом, меньшим угла полного отраже­ния (φ < θ_в), т. е. вне апертуры. Промежуточное положение занима­ют вытекающие волны (волны оболоч­ки). Здесь энергия частично распро­страняется вдоль световода, а часть ее переходит в оболочку и излучается в окружающее пространство.

Переходное затухание и защищенность от помех.

Взаимные переходные влияния меж­ду волоконными световодами в опти­ческих кабелях обусловлены двумя процессами: 1)просачиванием энергии через обо­лочку влияющего световода в окру­жающее пространство и воздействием на соседний световод; 2)рассеянием энергии на неоднородностях световодного тракта.

Дисперия – это рассевание во времени спектра составляющих светового сигнала.

Дисперсия определяется как среднеквадратичная разность длительности импульса на выходе и входе.

9.2.τ=√t_вых² – t_вх². Длительность импульса берется на уровне ½ амплитуды импульса. Величина обратная дисперсии – это полоса пропускания. Δf=1/τ. В многомодовом ступенчатом ов наблюдается модовая дисперсия из-за наличия большого кол-ва мод. В одномодовом – хроматическая дисперсия, возник из-за некогеррентности источника излучения.

Затухание предопределяет длину регенерационных участков (расстояние между регенераторами).

Коэффициент затухания световодных трактов оптических кабелей α обусловлен собственными потерями в волоконных световодах α _с и дополнительными потерями, так называемыми кабельными α _к, вызванными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля: α = α_с + α_к.

Пропускная способность оптического кабеля существенно зависит от типa и свойств волоконных световодов (одномодовые, многомодовые, градиентные), а также от типа излучателя (лазер, светодиод).