Многомодовые ОВ, их профили и область применения

Первое использованное в системах связи оптическое волокно (ОВ) было многомодовым. Для объяснения этого термина обратимся к рис.1

Рис.1 Распространение света в многомодовом оптическом волокне
со ступенчатым распределением профиля показателя преломления

В состав оптоволокна входят:

• 1 - сердцевина (световедущая жила)
• 2 - оболочка
• 3 - защитная оболочка

Луч света, введенный в сердцевину волокна под углом, меньшим критического, больше не покинет оптическое волкно и будет распространяться по всей длине волновода. Такой луч получил название ведомой моды или просто моды. Величина sin q_с получила название числовой апертуры волокна.

В многомодовом оптическом волокне может распространяться одновременно большое число мод - лучей, введенных в световод под разными углами. Многомодовое оптическое волокно обладает относительно большим диаметром сердцевины (стандартные значения 50 и 62,5 мкм) и, соответственно, большой числовой апертурой, что облегчает его монтаж и эксплуатацию.

Рис.2 Многомодовое волокно с градиентным
профилем показателя преломления

В таком волокне значение показателя преломления сердцевины плавно изменяется от центра к краям, по закону

где D = (n₁-n₂)/n₁, a - радиус сердцевины ОВ.

Благодаря этому, моды в волокне распространяются по параболическим траекториям, и разность их оптических путей, а следовательно, и межмодовая дисперсия существенно меньше, чем в многомодовом волокне со ступенчатым профилем n. Однако полностью устранить межмодовую дисперсию в многомодом волокне все же не удается, что объясняется как несовершенством профиля показателя преломления, так и наличием так называемых спиральных мод, возникающих вследствие осевой симметрии ОВ, избавиться от которых в принципе невозможно.

Важное значение имеет профиль показателя преломления в поперечном сечении. Если сердечник световода имеет постоянное по радиусу значение показателя преломления, то такие световоды называются световодами со ступенчатым профилем показателя преломления(наблюдается ступенька n на границе сердечник–оболочка).

Для борьбы с уширением импульсов в оптических волокнах со ступенчатым профилем показателя преломления разработан другой тип многомодового волокна, который нашел гораздо более широкое применение в дальней связи – оптические волокна с градиентным профилем показателя преломления. В таких стекловолокнах показатель преломления от центра сердечника к краю изменяется плавно.

– коэффициент, определяющий вид профиля показателя преломления.

При = формула описывает ступенчатый профиль показателя преломления. При = 2 световоды называют параболическими, так как профиль показателя преломления описывается параболой. На практике волокна с градиентным профилем показателя преломления имеют g около 1,92 и почти параболический профиль.

Рис.5.9.Структура оптоволокна с W-образным профилем.

Многомодовые волокна применяются в локальных вычислительных сетях и частично в транспортных сетях на уровне доступа.