Расчет параметров оптического волокна SM - 9 125 фирмы Lucent Technologies (стр. 3 из 5)
Таблица 2 – Значения основных оптических параметров волокон и нормированной частоты V для различных длин волн [2]
| №№ | Оптическое волокно | λ(нм) | |||||
| Название и диаметр | Δ(%) | n1 | NA | 1550 | 1310 | 850 | |
| 1 | stepMMF200/240 | - | - | 0,39 | V=158,09 | 187,06 | 288,29 |
| 2 | step MMF 100/140 | - | - | 0,29 | 58,77 | 69,54 | 107,18 |
| 3 | grad MMF 62,5/125 | 2,1 | 1,47 | 0,28 | 35,46 | 41,96 | 64,67 |
| 4 | grad MMF 50/125 | 1,25 | 1,46 | 0,20 | 20,26 | 23,98 | 36,95 |
| 5 | stestep SMF (SF) 8,3/125 | 0,36 | 1,468 | 0,13 | 2.187 | 2.588 | 3,990 |
Обозначения: stepMMF(multimodefiber) – ступенчатое многомодовое волокно; stepSMF(singlemodefiber) – ступенчатое одномодовое волокно; gradMMF – градиентное многомодовое волокно;
Количество мод. Если при V < 2,405 может распространяться только одна мода, то с ростом V количество мод начинает резко расти, причем новые типы мод "включаются" при переходе V через определенные критические значения, таблица 3.
Таблица 3 – Номенклатура мод низких порядков [2]
| Нормированная частота V | Число Мод Nm | Типы мод |
| 0 - 2,405 | 1 | HE11- основная мода (единственная допустимая для одномодово-го волокна) |
| 2,405 - 3,832 | 4 | НЕ11, Н01, E01, НЕ21 |
| 3,832- 5,136 | 7 | НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11HE31 |
| 5,136-5,52 | 9 | НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11HE31, EH21, HE41 |
| 5,52 - 6,38 | 12 | НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11HE31, EH21, HE41, Н02, Е02, НЕ22 |
| 6,38 - 7,02 | 14 | НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11HE31, EH21, HE41, Н02, Е02, НЕ22. ЕН31, НЕ51 |
| 7,02 - 7,59 | 17 | НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11HE31, EH21, HE41, Н02, Е02, НЕ22. ЕН31, НЕ51, НЕ13. EH12, НЕ31 |
| 7,59 - 8,42 | 19 | НЕ11, Н01, E01, НЕ21, НЕ12. EH11HE31, EH21, HE41, Н02, Е02, НЕ22. ЕН31, НЕ51, НЕ13. EH12, НЕ31, ЕН41, HE61 |
При больших значениях V количество мод Nm для ступенчатого волокна можно оценить по формуле:
 |
(9)
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:
 |
(10)
(а - радиус сердцевины, b - радиус оболочки) определяется так: [1]
 |
(11)
На рисунке 3 показана общая картина распространения света по разным типам световодов: многомодовому ступенчатому, многомодовому градиентному, и одномодовому ступенчатому волокну.
 |
Рисунок 3 – Распространение света по разным типам волокон:
а) многомодовое ступенчатое волокно,
б) многомодовое градиентное волокно,
в) одномодовое ступенчатое волокно.
Длина волны отсечки (cutoffwavelength)
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 (λCF) и кабельную длину волны отсечки (λCCF). 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 λCCF в сторону коротких длин волн по сравнению с λCF.
С практической точки зрения кабельная длина волны отсечки представляет больший интерес.
Волоконную длину волны отсечки можно оценить как теоретически, так и экспериментально. Теоретически легко это сделать для ступенчатого одномодового волокна – на основании выражений (7), (8) и (9) получаем
(12)λCCFв отличие от λCF, можно оценить только экспериментальным образом.
Затухание
Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повторителями.
На затухание света в волокне влияют такие факторы, как: потери на поглощении; потери на рассеянии; кабельные потери.
Потери на поглощении и на рассеянии вместе называют собственными потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют также дополнительными потерями, рисунок 4.
 |
Рисунок 4 – Основные типы потерь в волокне
Полное затухание в волокне (измеряется в дБ/км) определяется в виде суммы
 |
(13)
Потери на поглощении αabsсостоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение), так и из потерь, связанных с поглощением света на примесях. Примесные центры, в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую энергию в виде джоулева тепла.
Собственные потери на поглощении растут и становятся значимыми в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. При длине волны излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным из-за роста потерь, связанных с инфракрасным поглощением.
Потери на рассеянии αsct. Уже к 1970 году изготавливаемое оптическое волокно становится настолько чистым (99,9999%), что наличие примесей перестает быть главенствующим фактором затухания в волокне. На длине волны 800 нм затухание составило 1,5 дБ/км. Дальнейшему уменьшению затухания препятствует так называемое рэлеевское рассеяние света. Рэлеевское рассеяние вызвано наличием неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях. В результате часть его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во время изготовления волокна.Потери на рэлеевском рассеянии зависят от длины волны по закону λ-4и сильней проявляются в области коротких длин волн.
Длина волны, на которой достигается нижний предел собственного затухания чистого кварцевого волокна, составляет 1550 нм и определяется разумным компромиссом между потерями вследствие рэлеевского рассеяния и инфракрасного поглощения.
На рисунке 5 приводится общий вид спектральной зависимости собственных потерь с указанием характерных значений четырех основных параметров (минимумов затухания в трех окнах прозрачности 850, 1300 и 1550 нм, и пика поглощения на длине волны 1480 нм) для современных одномодовых и многомодовых волокон.
 |
Рисунок 5 – Собственные потери в оптическом волокне [2]
Кабельные (радиационные) потери αrad обусловлены скруткой, деформациями и изгибами волокон, возникающими при наложении покрытий и защитных оболочек, производства кабеля, а так же в процессе инсталляции ВОК. При соблюдении ТУ на прокладку кабеля номинальный вклад со стороны радиационных потерь составляет не больше 20% от полного затухания. Дополнительные радиационные потери появляются, если радиус изгиба кабеля становится меньше минимального радиуса изгиба, указанного в спецификации на ВОК.