5 Розрахунок оптичних параметрів волокон і параметрів передачі кабелів

5.1 Визначення оптичних параметрів волокон

Оптичне волокно є направляючою системою для розповсюдження електромагнітних хвиль. Для їх розповсюдження по волокну використовується відоме явище повного внутрішнього відбиття на межах двох діелектричних середовищ серцевини з показником заломлення n₁ та оболонки з показником заломлення n₂, при цьому n₁ > n₂.

Згідно [1] значення відносної різниці показників заломлення ОВ із ступінчастим профілем показника заломлення (ППЗ) знаходиться з виразу:

. (5.1)

Для цих ОВ числова апертура визначається співвідношенням:

. (5.2)

Для визначення режиму роботи ОВ нормована частота виражається:

, (5.3)

де – робоча довжина хвилі, мкм;

d – діаметр серцевини ОВ, мкм.

Якщо V < 2,405, то режим роботи ОВ одномодовий.

Критична частота ОВ, при якій розповсюджується тільки один тип хвилі – Н₁₁ визначається виразом:

,

де – власне значення моди – 2,405;

с – швидкість світла (с = 3·10⁸ м/с).

Критична довжина хвилі в ОВ визначається виразом:

. (5.4)

5.2 Визначення втрат в оптичному волокні

Коефіцієнт загасання сигналу в ОВ обумовлений власними і додатковими втратами [1], що виникають в результаті виробництва оптичного волокна, збирання і прокладання ОК:

, (5.5)

де – сумарні власні втрати в ОВ, дБ/км;

– додаткові втрати в ОВ, дБ/км.

Сумарні власні втрати в ОВ визначаються у вигляді [1]:

, (5.6)

де – втрати на релеєвське розсіяння в ОВ, дБ/км;

– втрати в матеріалі, пов'язані з втратами на поляризацію, дБ/км;

– втрати сигналів, пов'язані з поглинанням в інфрачервоній області спектру, дБ/км;

– втрати в ОВ на гідроксильному залишку води ОН, дБ/км.

Релеєвські втрати можуть бути визначені по формулі [1]:

, (5.7)

де – довжина хвилі (у нм).

Втрати в матеріалі, пов'язані з втратами на поляризацію, лінійно зростають зі зростанням частоти згідно виразу [1]:

. (5.8)

Ці втрати можна знайти за виразом [1]:

. (5.9)

Втрати сигналів, пов'язані з поглинанням в інфрачервоній області спектру, обумовлені хвостами резонансних поглинань іонів (атомів). Вони визначаються за виразом [1]:

. (5.10)

Втрати в ОВ на гідроксильному залишку води ОН рівні [1]:

. (5.11)

Експериментально встановлено, що додаткові втрати в ОК приблизно складають (20…40) % від власних втрат і розраховуються за формулою [1]:

. (5.12)

5.3 Розрахунок дисперсії сигналу в одномодовому оптичному волокні

Середньоквадратичне значення дисперсії одномодового волокна дорівнює:

, (5.13)

де – робоча довжина хвилі, нм;

– діапазон довжин хвиль випромінювання лазера, який береться з|із| табл|. 4.4;

– коефіцієнт питомої хроматичної дисперсії ОВ, пс/(км·нм).

Коефіцієнт хроматичної дисперсії для ступінчастих волокон і волокон зі зміщеною дисперсією розраховується за формулою

, (5.14)