Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [ 28 ] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

30000

woao

3000


Рис. 3.10. Спектральные кривые потери для волокна длиной 280 м с сердцевиной иэ кварца и оболочкой из силиконовой резины

0J 0,8 0,3

Длина долны, мкм

Таблица 3.2. Характерные свойства некоторых пластиковых и, кварцевых волокон с полимерной оболочкой

Характеристика волокна

Тип волокна

Сердцевина:

материал

РММА1

PS»

Кварц

показатель преломле-

1,49

1,59

1,59

1,46

Оболочка:

материал

Фторо-

РММА

Силиконо-

Силиконо-

углерод

вая резина

вая резина

показатель преломле-

1,39

1,49

1.40

1,40

Числовая апертура

0,54

0,55

0,75

0,41

Теоретическая дисперсия (л77/=Лп/с), ис/км

Минимальное поглощение.

дБ/км

РММ.\ - полиметилметакрилат; PS - полистирол.



разновидностей данного типа оптических волокон. В них были использованы полимеры на основе фтороуглерода и некоторые патентованные силиконовые резины. На рис. 3.9 приведена зависимость показателя преломления патентованной вулканизированной силиконовой резины от длины волны. На рис. 3.10 показана зависимость оптических потерь этой резины от длины волиы, а также, как это влияет иа общие потери в кварцевом волокне, имеющем оболочку из резины.

Свойства некоторых типичных образцов пластиковых и кварцевых волокон с полимерной оболочкой приведены в табл. 3.2.

На практике установлено, что длительности импульсов т = 0,5 часто в 5 ... 10 раз меньше теоретических значений, приводимых для AT" в таблице. Это происходит потому, что избирательное ослабление более наклонных лучей может уменьшить эффективную числовую апертуру волокна, а кроме того, и межмодовую дисперсию.

ЗАДАЧИ

3.1. Объяснить разницу между процессами поглощения и рассеяния света, основные физические эффекты, обусловливающие их, а также, как они влияют иа потери оптической мощности, распространяющейся в волокне. Дать сравнительную характеристику различных типов волокон и различных длин волн.

3.2. Оценить содержание воды (ОН-) в оптических волокнах, кривые поглощения которых приведены на рис, 3.2, 3.3. и 3.5.

3.3. Изготовители предлагают два сорта оптического волокна. Одно предназначено для работы на длине волны 0,85 мкм и имеет потери не более 8 дБ/км и межмодовую дисперсию, ие превосходящую 10 мкс/км (измеренная по полной длительности импульса иа уровне 0,5). Другое -- иа той же длине волиы 0,85 мкм имеет потери не свыше 4 дБ/км и дисперсию порядка 1 нс/км. Разработчик рассматривает возможность использования этих волокон для создания цифровых систем передачи данных, работающих со скоростями 2: 20 и 100 Мбит/с. Предполагается использовать в качестве источников излучения светодиоды, способные вводить в волокно 150мкВт оптической мощности и имеющие ширину спектральной линии 35 нм иа длине волны 850 нм. Для обеспечения удовлетворительного приема мощность иа входе фотоприемника должна быть 1 нВт/(Мбнт/с).

Определить, какая может быть получена максимальная дальность передачи без использования ретранслятора в каждом из рассматриваемых случаев и в предположении, что параметр К, характеризующий материальную дисперсию, равен 0,025, а допустимые потери на соединение волокон составляют 1 дБ/км. Отметить в каждом случае, что именно ограничивает максимальную дальность передачи - потери или дисперсия.

3.4. Проанализировать достоинства и недостатки использования различных оптических частот (соответствующих диапазону длин волн 0,5 ...2,0 мкм) для передачи информации по оптическим волокнам на основе кварца.

3.5. Объяснить, почему можно полагать, что материалы с большим атомным весом (такие, как селеииды, а ие окислы) обладают преимуществами как возможные материалы для оптических волокон (для этого воспользоваться анализом, приведенным в § 2.2.1).

РЕЗЮМЕ

Потери света в оптических волокнах обусловлены его поглощением и рассеянием в процессе распространения по волокну. Предел фундаментального поглощения определяется краями ультрафиолетовой



и инфракрасной полос поглощения самого материала, если устранены примеси, особенно такие, как металлы переходной группы и вода (ОН-).

Крупные дефекты в структуре волокна, его изгибы и микроизгибы, а также юлноводное рассеяние обусловливают потери на рассеяние, являющиеся следствием неупорядоченной структуры стеклообразных материалов. Речь идет о рэлеевском рассеянии света в волокне. Оно изменяется пропорционально к~* и составляет около 1 дБ/км в лучших волокнах на длине волны 1 мкм.

Значения наименьших потерь в лучших волокнах, от которых сообщалось в научной печати, равны 0,2; 0,5 и 2,0 дБ/км при длинах волн соответственно 1,55; 1,3 и 0,85 мкм.

Воздействие ионизирующего излучения приводит к увеличению потерь в волокне.

При совместном рассмотрении эффектов поглощения и дисперсии в волокне появляются две предпочтительные длины волны: 1,55 мкм, соответствующая минимуму поглощаения, и 1,3 мкм, обеспечивающая минимальную дисперсию. Первая используется в одномодовом волокне, возбуждаемом излучением лазерных источников, стабилизированных по частоте, при создании систем связи с наилучшими характеристиками. Вторая используется в многомодовых градиентных волокнах с хорошим профилем показателя преломления при возбуждении их излучением светодиодов.

Пластиковые и кварцевые волокна с полимерной оболочкой могут применяться в системах с малой информационной пропускной способностью, предназначенных для передачи данных на короткие расстояния.

4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ КВАРЦЕВЫХ ВОЛОКОН И КАБЕЛЕЙ И ИЗМЕРЕНИЕ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК

4.1. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Методы, используемые для получения высокопрозрачных материалов для оптических волокон, можно разделить на две большие группы: тигельные или методы осаждения из жидкой фазы и методы осаждения материала из газовой фазы. В обоих случаях достижение малых потерь сопряжено с самым строгим контролем чистоты исходных материалов и исключением попадания каких-либо посторонних веществ в течение всего технологического процесса. Ниже будет приведено описание технологии в самых общих чертах. Подробности можно найти в [4,1 ... 4.4]. Тонкости процесса получения волокна приобретаются опытным путем и обычно держатся изготовителями в секрете. Каждая из указанных групп методов изготовления оптических волокон имеет



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [ 28 ] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0011