2w0» (2,6×l / Vc×lc)×2a (2.12)
где l - рабочая длина волны, нм;
lс – критическая длина волны, выше которой в световоде направляется только основная мода;
Vc – критическая нормированная частота, для одномодового режима Vc=2,405.
l=1550нм: 2w0»(2,6×1550/2,405×1250)×9=12мкм
Если одномодовые ВС имеют изгибы или соединения, то размер диаметра поля моды является важным фактором влияющим на характеристики затухания. Так, увеличение диаметра поля моды приводит к ухудшению пропускания света в изгибах, но уменьшает потери в разъемных и неразъемных соединениях.
Апертура – это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.
Рассчитаем показатель преломления оболочки n2, исходя из оптических характеристик кабеля числовая апертура NA=0,13
Известно что:
(2.13)n1 – показатель преломления сердцевины, 1,4681.
Тогда:
n2=
n2=
Учитывая, что в световоде границей раздела сред сердцевина – оболочка являются прозрачные стёкла, возможно, не только отражение оптического луча, но и проникновение его в оболочку. Для предотвращения перехода энергии в оболочку и излучения в окружающее пространство необходимо соблюдать условие полного внутреннего отражения и апертуру.
Известно, что при переходе из среды с большей плотностью в среду с меньшей плотностью, то есть при n1>n2, волна при определённом угле падения полностью отражается и не переходит в другую среду. Угол падения, начиная с которого вся энергия отражается от границы раздела сред, при wp=
в, называется углом полного внутреннего отражения: (2.14)где: m и e - соответственно магнитная и диэлектрическая проницаемости сердечника(m1,e1) и оболочки (m2,e2). При
wp< в преломлённый луч проходит вдоль границы раздела «сердцевина – оболочка» и не излучается в окружающее пространство.При wp>
в энергия, поступившая в сердечник, полностью отражается и распространяется по световоду. Чем больше угол падения волны, wp> в в пределах от в до 90 градусов, тем лучше условия распространения и тем быстрее волна придёт к приёмному концу. В этом случае вся энергия концентрируется в сердечнике световода и практически не излучается в окружающую среду. При падении луча под углом, меньшим угла полного отражения, wp< в , энергия проникает в оболочку, излучается во внешнее пространство и передача по световоду неэффективна.Режим полного внутреннего отражения предопределяет условие подачи света на входной торец волоконного световода. Световод пропускает лишь свет, заключённый в пределах телесного угла
а, величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения в. Этот телесный угол а характеризуется числовой апертурой:NA=sin
а=(n12 -n22)1/2= (1.46812 – 1.46232 )1/2 = 0.13Между углами полного внутреннего отражения
в и апертурным углом падения луча а имеется взаимосвязь. Чем больше угол в , тем меньше апертура волокна а . Следует стремится к тому, чтобы угол падения луча на границу сердечник - оболочка wp был больше угла полного внутреннего отражения в и находился в пределах от в до 90 градусов, а угол ввода луча в торец световода w укладывался в апертурный угол а (w< а).Найдем критичесrий угол qс, при котором еще выполняется условие полного внутреннего отражения:
qс =
(2.15)Зная показатели преломления оболочки n2 и сердцевины n1 рассчитаем относительную разность показателей преломления D:
(2.16)Рассчитаем SZ-структуру в ВОК:
Шаг поля полного оборота на 3600 называется шагом скрутки S.
Угол между свиваемыми элементами и поперечным сечением кабеля называется углом скрутки a. Расстояние между осью кабеля и серединой свиваемого элемента называется радиусом скрутки R.
Для данных видов кабеля шаг скрутки S=170мм и радиус скрутки R=4,3мм, тогда дополнительная длина Z будет равна:
(2.17)Поэтому на каждые сто метров длины кабеля свиваемые элементы длиннее на 1,25м.
Угол скрутки равен:
(2.18)Соответствующий радиус кривизны равен:
(2.19)Наряду с изгибом необходимо ограничивать растяжение и сжатие световодов в жилах, с тем чтобы в заданных диапазонах нагрузок на растяжение и температурных диапазонах в ВОК не возникали недопустимые изменения передаточных характеристик и опасность повреждения световодов. [8] Относительное изменение длины DL/L ВОК, т.е. допустимое удлинение Ек или сжатие Етк кабеля равно:
(2.20)где знак «+» для сжатия кабеля Етк;
знак «-» для удлинения кабеля Ек.
Итак, зная номинальный внутренний диаметр оболочки ai = 2мм, 12 световодов со ступенчатым (дублированным профилем) показателя преломления имеют общий зазор:
DR = (2.0мм – 1,0мм)/2=0,4мм
Тогда максимальное допустимое удлинение кабеля равно:
(2.21)N=V2(1+2/n)/2 (2.22)
где n- показатель степени изменения профиля показателя преломления.
ОК характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией.
Затухание a определяет длину регенерационных участков (расстояние между регенераторами) и для трактов оптических кабелей обусловлено собственными потерями в волоконных световодах ac и дополнительными потерями вызываемыми кабельными ak, обусловленные скруткой, а также изгибами световодов при наложении покрытий и защитных покрытии в процессе изготовления оптического кабеля.
Собственные потери ВС состоят в первую очередь из потерь поглощения ap и потерь рассеяния ar. Механизм потерь, возникающих при распространении по волоконному световоду электромагнитной энергии объясняется так: часть мощности, поступающей на вход световода рассеивается вследствие изменения направления распространения лучей на нерегулярностях и их высвечивания в окружающее пространство ( ap ), а другая часть мощности поглощается посторонними примесями, выделяясь в виде джоулева тепла
( ap +apr )
Потери на поглощение зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей ( apr ) могут достигать значительной величины
(ap+apr )
Потери на рассеяние лимитируют предел минимально допустимых значений потерь в волоконных световодах. В результате a=ap+ar+apr+ak.
Дисперсия - это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсия приводит к увеличению длительности импульса при прохождении по ОК.