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]

подавления всех других, тем не менее они успешно прошли эти испытания. Они дороги, однако обладают исключительно высокой информационной пропускной способностью, полностью окупающей их стоимость для телефонных линий по сранению с другими техническими решениями. В настоящее время проблема состоит в целесообразности нх использования, поскольку обеспечиваемое волноводами увеличение информационной пропускной способности слишком велико для современных систем связи. Вследствие этого испытания были прекращены и принято решение о постепенном вводе ВОЛС.

ЗАДАЧИ

4.1. Описать различные методы осаждения нз газовой фазы, которые используются для изготовления высококачественных кварцевых волокон. Определить, какой длины может быть получено волокно нз преформы в виде трубки длиной 1 м с наружным диаметром 25 мм н толщиной стенкн 3 мм, если диаметр волокна равен 125 мкм.

4.2. Предположим, что плотность оптической мощности, распространяющейся по волокну, распределена равномерно по селению сердцевины, вследствие чего вводимая через разъем в следующий отрезок волокна мощность зависит только от площади перекрытия сердцевин соединяемых волокон. В рассматриваемом разъеме между сердцевинами соединяемых волокон диаметром d имеет сдвиг х.

Показать, что доля передаваемой через разъемное соединение мощности, распространяющейся в волокне, определяется выражением

(2/я) {cos-i (x/d)- (x/d) (1 - хУ(Р)}.

Выразить это в виде потерь в децибелах и сравнить полученный результат с данными, приведенными на рис. 4.9, которые характеризуют экспериментально измеренные потерн в градиентных волокнах.

Объяснить, почему расчетные потерн могут быть больше наблюдаемых на практике.

РЕЗЮМЕ

Стекло для изготовления оптических волокон может быть получено методом вытягивания из жидкой фазы (тигельным) или методом осаждения из газовой фазы.

Метод двойного тигля обеспечивает непрерывное изготовление ступенчатых или градиентных волокон с потерями менее 5 дБ/км на длине волны 0,85 мкм при полосе пропускания для градиентных волокон свыше 300 МГц/км.

При использовании других методов жидкой фазы и особенно метода осаждения из газовой фазы предварительно получают заготовку (преформу), из которой затем вытягивают отрезки волокна нужной длины.

Наружный процесс осаждения из газовой фазы (OVD) и осевой процесс осаждения из газовой фазы (VAD) позволяют сравнительно быстро получать заготовки больших размеров. В принципе метод VAD может быть приспособлен для непрерывного получения волокна. При этом могут быть достигнуты потери 1 дБ/км и менее в диапазоне длин волн



1 ... 1,7 мкм при минимуме потерь 0,3 дБ/км на длине волиы 1,6 мкм.

Модифицированный метод химического осаждения из газовой фазы (MCVD) позволяет получать оптические волокна с самыми низкими потерями и самым тщательным контролем профиля показателя преломления. Так, изготовленные этим методом градиентные волокна имеют минимальные потери 0,34 дБ/км на длине волны 1,55 мкм при полосе пропускания более 1 ГГц-км, а минимальные потери одиомодовых волокон составляют 0,2 дБ/км на длине волны 1,55 мкм.

Вытягиваемое волокно должно быть немедленно покрыто полимерной защитной оболочкой, а затем опрессовано пластиком.

Оптические волокна необходимо хорошо защищать от воздействия воды, их не следует подвергать резким изгибам или растягивать. Эти соображения должны быть главными при разработке оптического кабеля.

Средние потери на сварное соединение волокон, осуществляемое в полевых условиях, составляют 0,1 ... 0,5 дБ. Необходимые для соединения с аппаратурой на входе и выходе ВОЛС разъемные соединительные устройства могут вносить потери порядка 0,5 ... 3,0 дБ.

Предложено и разработано много различных способов измерения таких важных характеристик волокна, как профиль показателя преломления, потери, полоса пропускания.

На рис. 4.12 приведены сранительные характеристики ВОЛС и электрических линий передачи различных типов.

5. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В СТУПЕНЧАТЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ

5.1. МОДЫ и ЛУЧИ

До сих пор использовалась лучевая модель распространения света в оптических волокнах, когда световые лучи, последовательно отражаясь от границы сердцевина - оболочка, распространялись в сердцевине по зигзагообразным траекториям. Такая модель распространения света пригодна для объяснения большинства эффектов, наблюдаемых в оптических системах связи, использующих многомодовые волокна. Однако необходимо помнить, что свет представляет собой электромагнитные волны и его распространение в волокне следует рассматривать в виде мод распространения, а не лучей. Физически понятие луча означает узкий пучок плоских электромагнитных волн в пределе, когда X -> 0. На практике нечто похожее может быть получено с помощью узкого пучка излучения лазера. В оптических волокнах обычно не выполняется условие малости длины волны распространяющегося света в сравнении с радиусом сердцевины волокна и поэтому лучевая модель должна использоваться с осторожностью, а само оптическое во-



локно в действительности следует рассматривать как диэлектрический волновод.

При изучении направленного распространения электромагнитных волн в диэлектрической среде, описываемого в данной главен гл. 6, ие будем излишне усложнять изложение материала. С одной стороны, будем предполагать, что читатель знаком с основами теории электромагнитных колебаний. С другой стороны, подробное и строгое рассмотрение вопроса выходит за рамки данной книги и заинтересованным читателям советуем обратиться к более фундаментальным учебникам, например таким, как [5.11 - [5.3]. Даже в простейшем случае ступенчатого цилиндрического волокна с бесконечно толстой оболочкой решение уравнений Максвелла представляет сложную задачу. Интересно отметить, что разного рода дополнительные предположения и упрощения, к которым обычно прибегают, чтобы рассмотреть более сложные типы волокна, в любом случае формально эквивалентны лучевой модели. Сначала рассмотрим ступенчатые волокна, а затем в гл. 6 изучим распространение световых волн в некоторых видах градиентных волокон. Поскольку многие читатели могут быть знакомы с теорией направленного распространения электромагнитных волн в металлических волноводах, начнем рассмотрение с представления решений волновых уравнений в виде, обычно используемом в теории металлических волноводов. Будем использовать приближения, которые позволяют упростить выражения для волоконных световодов. Некоторые читатели, вероятно, знакомы с приближением Вентцеля, Крамерса, Бриллюэна - WKB (Wentzal, Kramers, Brillouin), которое может быть использовано при решении волновых уравнений. Будет показано, что использование этого приближения, которое будет рассмотрено в гл. 6, весьма эффективно при изучении градиентного волокна.

Воспользуемся решениями уравнений Максвелла для случая распространения электромагнитной волны в непроводящем и свободно\ от зарядов диэлектрике. Они имеют следующий вид:

rotE==-, rotH.

dt dt

divD = 0, divB=rO,

(5.1.1;

где D = eeoE и H = В/цЦо". E - вектор электрического поля; D - вектор электрического смещения; В - вектор магнитной индукции Н - вектор магнитного поля; - магнитная проницаемость сво бодного пространства; - диэлектрическая проницаемость свобод ного пространства; - относительная магнитная проницаемость ма териала, которая предполагается всегда равной 1; ц - относительна: диэлектрическая проницаемость материала. Уже были рассмотрен! решения этих уравнений для случая плоских волн, распространяю щихся в свободном пространстве. Такие волны называются попереч ными электромагнитными волнами (ТЕМ), поскольку у них вектор! электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны, а об



[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