Оптические волокна. Конструкция, характеристики и классификация

Конструкция ОВ: Оптическое волокно представляет собой тонкую двухслойную стеклянную нить, состоящую из сердечника и оболочки с различными показателями преломления. Для защиты волокна от атмосферных и механических воздействий поверх светоотражающей оболочки накладывается защитное покрытие.

Характеристики ОВ:

- Профиль (индекс) показателя преломления - характер изменения показателя преломления вдоль радиуса.

- разность показателей преломления сердцевины n1 и n2 оболочки

- относительная разность показателей преломления – отношение разности показателей преломления оболочки и сердцевины к показателю преломления сердцевины

- числовая апертура , где n1 и n2 – показатели преломления сердцевины и оболочки.

Угол , образованный продольной осью ОВ и лучом, вершина которого лежит на торце сердцевины ОВ, называется апертурным. Апертура определяет совокупность лучей от источника на торец ОВ, для которых внутри сердцевины ОС выполняется режим полного внутреннего отражения, т.е. лучи будут распространяться по сердцевине ОВ. Световые лучи вне этого угла преломляются в оболочку. Т.о. этот угол соответствует углу полного внутреннего отражения.

- волноводная нормированная частота v = , где λ – длина волны в вакууме

- дисперсия - τ = зависимость показателя преломления от длины волны излучения

- затухание стекловолокна из-за поглощения и рассеяния

Классификация по:

1) Материалу:

- стеклянные волокна – стеклянная сердцевина и стеклянная оболочка. Стекло состоит из плавленого кварца, в который добавляют примеси, чтобы получить нужный показатель преломления (германий и фосфор увеличивают показатель преломления, бор и фтор – уменьшают).

- стеклянные волокна и пластиковая оболочка. Имеют характеристики хуже, чем у стеклянных

- пластические – пластиковая сердцевина и оболочка. Имеют большее затухание и более узкую полосу пропускания. Более дешевые и невосприимчивы к ЭМ излучению.

2) По модовой структуре - в зависимости от соотношения диаметра сердцевины ОВ и длины волны l: одномодовые и многомодовые.

Одномодовые ОВ- диаметр сердцевины d1соизмерим с l. В сердцевине такого ОВ распространяется только одна световая мода.

Существует три основных типа одномодовых волокон:

- Стандартное одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой дисперсией. Характеризуется нулевой дисперсией при λ =1310 нм. Соответствует рекомендациям ITU-T G.652 и применяется в большинстве оптических систем связи.

- Одномодовое волокно со смещённой дисперсией. Характеризуется нулевой дисперсией при λ =1550 нм. Соответствует рекомендациям ITU-T G.653.

- Одномодовое волокно с ненулевой смещённой дисперсией, определяется рекомендацией ITU-T G.655.

Многомодовые ОВ- d1>>l. В сердцевине такого ОВ возбуждаются и распространяются большое кол-во световых лучей(мод)- каждая под своим углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсионные искажения и из прямоугольного превращается в колоколоподобный.

3) По профилю показателя преломления многомодовые волокна подразделяются на:

Ступенчатые - показатель преломления от оболочки к сердцевине изменяется скачкообразно. Все моды распространяются с одинаковой скоростью но преодолев пути разной длины (распространяются по разным траекториям) к концу волокна приходят в разное время. Это обуславливает, искажение передаваемого сигнала.

Градиентные - показатель преломления сердцевины изменяется плавно по параболическому закону от значения n1 в центре до значения n2 на границе с оболочкой. Это приводит к явлению рефракции в сердцевине, благодаря чему снижается влияние дисперсии на искажение оптического импульса. Переферийные моды (2) преодолевают пути большей длины но и распространяются с более высокой средней скоростью чем центральные моды(1), поэтому к концу ОВ все моды придут примерно в одно время => в градиентные ОВ искажают сигнал в меньшей степени чем в ступенчатые.