Проект высокоскоростной локальной вычислительной сети предприятия (стр. 18 из 26)
При этом, если преобладает продольная составляющая электрического поля – Еz, то волна обозначается ЕНnm, а если преобладает продольная составляющая магнитного поля Нz, то волна называется , то волна называется НЕnm, Сопоставляя волновую теорию с геометрической оптикой, следует отметить, что симметричные моды Е0m и Н0m соответствуют меридиональным лучам, несимметричные моды Еnm и Нnm – косым лучам.
По волокну могут распространятся как только одна мода – одномодовый режим, так и много мод – многомодовый режим. Многомодовый или одномодовый характер идущего по волокну света коренным образом влияет на дисперсию, а следовательно, и на пропускную способность волокна. Расчет на основе уравнений Максвелла позволяет найти простой критерий распространения одной моды: V<2,405 (точное значение константы в правой части неравенства определяется первым нулем функции Бесселя I0(x)). Это гибридная мода НЕ11. Отметим, что нормированная частота явно зависит от длины волны света. В табл. 4.1 приведены значения нормированной частоты, вычесленные по формуле (4-7).
Как видно из табл. (4.1), в одномодовом ступенчатом волокне при длине волны света 1550 нм выполняется критерий (4-8), и поэтому распространяется только одна мода. При длине волны 1310 нм критерий не выполнен, что означает возможность распространения нескольких мод в одномодовом волокне на этой длине волны. На практике, однако, волокно помещается в кабель, который, будучи проложенным, имеет множество изгибов. Особенно велики искривления волокна в сплайс-боксах. Искривления волокна приводит к быстрому затуханию неосновных мод. Во всех остальных случаях наблюдается многомодовый характер распространения света. Отметим, что при длине волны 850 нм критерий (4-8) нарушается для всех типов волокон. Таким образом, если вводить излучение длинной волны 850 нм в одномодовое волокно, то иметь место будет многомодовый режим распространения света. Противоречия здесь нет. Дело в том, что ступенчатое одномодовое волокно 8/125 предназначено для использования в спектральных окрестностях двух длин волн: 1310 нм и 1550 нм, где оно в истинном смысле проявляет себя как одномодовое.
Таблица (4.1). Значения основных оптических параметров волокон и нормированной частоты V для различных длин волн.
Обозначения: step MMF (multi mode fiber) – ступенчатое многомодовое волокно;
step SMF (single mode fiber) – ступенчатое одномодовое волокно;
grad MMF – градиентное многомодовое волокно;
1. - параметры волокон
** - параметры волокон, производимых фирмой Corning
Количество мод. Если при V<2,405 может распространятся только одна мода, то с ростом v количество мод начинает резко расти, причем новые типы мод «включаются» при переходе v через определенные критические значения, табл. 4.2
Таблица 4.2. Номенклатура мод низких порядков.
| Нормированная частота V | Числомод Nm | Тип мод |
| 0-2б405 | 1 | НЕ11 – основная мода (единственно допустимая для одномодового волокна |
| 2,405-3,832 | 4 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21 |
| 3,832-5,136 | 7 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31 |
| 5,136-5,52 | 9 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41 |
| 5,52-6,38 | 12 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02, Е02, НЕ22 |
| 6,38-7,02 | 14 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02, Е02, НЕ22, ЕН31, НЕ51 |
| 7,02-7,59 | 17 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02, Е02, НЕ22, ЕН31, НЕ51, НЕ13, ЕН12, НЕ31 |
| 7,59-8,42 | 19 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02, Е02, НЕ22, ЕН31, НЕ51, НЕ13, ЕН12, НЕ31, ЕН41, НЕ61 |
При больших значениях V количество мод Nm для ступенчатого волокна можно оценить по формуле:
(4-8)Значение этого выражения может быть как целым, так и дробным. В действительности же число мод может быть только целым и составлять величину от одной до нескольких тысяч.
Количество мод для градиентного оптического волокна с параболическим профилем сердцевины:
(4-9)(a – радиус сердцевины, b – радиус оболочки) определяется так:
(4-10)Длина волны отсечки (cutoff wavelength)
Минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду, называется длиной волны отсечки. Этот параметр характерен для одномодового волокна. Если рабочая длина волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света. В этом случае появляется дополнительный источник дисперсии – межмодовая дисперсия, ведущий к уменьшению полосы пропускания волокна.
Различают волоконную длину волны отсечки (lCF) и кабельную длину волны отсечки (lCСF). Первая соответствует слабо напряженному волокну. На практике же волокно помещается в кабель, который при прокладке испытывает множество изгибов. Кроме этого, сильные искривления волокон происходят при их укладке в сплайс-боксах. Все это ведет к подавлению побочных мод и смещению lCСF в сторону коротких длин волн по сравнению с lCF. С практической точки зрения кабельная длина волны отсечки представляет большой интерес.
Волоконную длину волны отсечки можно оценить как теоритически, так и экспериментально. Теоритически легко это сделать для ступенчатого одномодового волокна – на основании выражений (4-7), (4-8) и (4-9) получаем lCF=pdNA/2,405=1,847dn1ÖΔ .lCСF, в отличие от lCF, можно оценить только экспериментальным образом. Одним из практических методов измерения длин волн отсечки lCF и lCСF является метод передаваемой мощности. Сравнивается измеренная переданная спектральная мощность в зависимости от длины волны для образца одномодового волокна длиной 2 м с аналогичным параметром, полученным на образце многомодового волокна. Строится кривая
дБ (4-11)где Аm – разница затуханий; Ps – мощность на выходе одномодового волокна; Pm – мощность на выходе многомодового волокна.
Многомодовое волокно является эталонным. При этом один и тот же источник излучения с перестраиваемой длиной волны используется как для одномодового, так и для многомодового волокна. Строится кривая Am(λ), рис (4.1), длинноволновый участок которой экстраполируется кривой (1). Строится параллельная прямая (2), отстоящая ниже (1) на 0,1 дБ. Точка пересечения прямой (2) с кривой Am(λ) соответствует длине волны отсечки.
Рис.4.1. Определение длины волны отсечки.
Условия измерения должны соответствовать рекомендациям TIA/EIA и CCITT. Концы волокна очищаются от защитного покрытия, скалываются – угол скола не должен превышать 2°. Диаметр светового пятна от источника излучения – 200 мкм; числовая апертура вводимого излучения 0,20; полная ширина спектра излучения £ 10 нм, измеренная на полумаксимуме; измеряемый диапазон длин волн от 1000 нм до 1600 нм с шагом 10 нм.