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]

Модальная и сглаженная импульсные характеристики рассмотренного волокна приведены на рис. 6.7, г. Вычисления по формуле (2.4.3) с использованием (6.5.26) дают

co,/yVo/= 12 К5"=.. 0,037Л. (6.5.27)

Прямая подстановка в (6.5.9) значения а = 2 + 46 - 2Л в предположении, что б <С I и Л < I, приводит к такому же результату.

Необходимо отметить, что для минимизации общего расширения импульса значение а выбирают из условия а «оит "= 2 (1 +26-Л). Однако при этом не !юлучается наименьшее теоретическое значение для Oj. Можно показать, что в соответствии с формулой (6.5.9) минимальные значения для о, достигаются при выборе значения а близким к 2[1 + 26 - (6Л/5) . Тогда а, будет равно

.Л/20КЗ -0,029Л (6.5.28)

-Такие различия, скорее, представляют теоретический интерес и не имеют практического значения. Для изготовителя оптического волокна важно знать, насколько увеличится модовая дисперсия при заданном допустимом отклонении значения а от оптимального. Об этом можно получить некоторое представление на основании вышеизложенного. Были опубликованы и более сложные теории, на основе которых определены влияния на параметры распространения мод статистических отклонений значений а от оптимального и искажений профиля показателя преломления, подобных изображенным на рис. 4.7. Можно только повторить еще раз, что для достижения уровня модовой дисперсии, близкого к теоретическому минимуму, необходимо поддерживать значение а с точностью порядка величины Л, т. е. с погрешностью ± 0,01. Однако даже грубое изменение профиля показателя преломления приводит к значительному уменьшению длительности импульса.

Приступим теперь к определению общего эффекта, когда модовая и материальная дисперсии присутствуют одновременно. На рис. 6.8 изображена зависимость общей дисперсии от а при наличии изменяющейся по величине материальной дисперсии. Общая дисперсия получается подстановкой выражений (6.5.9) и (6.5.1) в формулу (2.4.10). Для значений а, не очень близких к двум она принимает вид

(со/0 = (с )(о?+о)/2, (2.4.10).

- (а-2-4б)2а2д.л/2 Л./2

:4(al-l)4a Н2) (За-1-2) "* """ J

Если значения а лежат в окрестности 2, для определения о, необходимо использовать формулу (6.5.9). В рассматриваемых оптических волокнах с хорошо выполненным профилем показателя преломления материальная дисперсия может легко преобладать над модовой дисперсией, если только не используются длинноволновые источники излу-



0,01

<t*ia*

•f III

J/i ! 1

Bar маг а

ncymcmi периалы исперсиа

\ *

ае Л

1 1 1

Ifi 1,6

2,1 2. 2,6

Рис. 6.8. Зависимости теоретического расширения импульса от параметра профиля пока.)ателя преломления и и ширины спектральной линии излучения источника Ya-

Расчеты выполнены для волокна, имеющего сердцевину из кварца, легированного гер-манг!ем, и кварцевую оболочку, возбуждаемого излучением с длиной волны 0.85 мкм. Было принято Д=0.01. Ло=1.5. 6 = 0.01. Ут=0.02 для характеристик волокна и Va- равной 0,02. 0.002 и 0.0002 для оценки излучении светоднода. многомодового лазера н одномодового ла-.fepa соответственно. Для сравнения приведена также кривая для волокна без дисперсии, имеющего Ym=0 и 6=0

чения или источники с узкой спектральной линией и.злучения. Сказанное хорошо иллюстрирует рисунок, на котором показано небольшое смещение оптимального значения ос, вызванное дифференциальным параметром дисперсии 6.

6.6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОД

В § 4.4 были достаточно подробно рассмотрены некоторые явления, которые возникают из-за наличия в диэлектрическом юлиоводе дефектов и неоднородностей. Была также освещена проблема характерных свойств волокна, таких как затухание и дисперсия, когда они изменяются на длине юлокна. В данном параграфе будет продолжено рассмотрение некоторых из этих вопросов на основе модального описания распространения света в волокне. Их анализ требует привлечения сложного математического аппарата, что выходит за рамки настоящего учебника. Однако идеи, лежащие в основе этого гюдхода, очень просты, и ряд важных результатов можно получить очень легко.

Рассмотрим дифференциальное модовое затухание. В отличие от мод низких порядков, большая часть мощности мод, близких к частоте отсечки юлокна, распространяется в оболочке, что можно видеть из



рис. 5.11. Обычно также имеет место случай, когда либо преднамеренно, либо случайно наружные слои материала оболочки обладают большими потерями, чем материал сердцевины или внутренних слоев оболочки. В результате этого моды, поля которых глубже проникают в оболочку, будут ослабляться сильнее, чем те, которые локализованы в сердцевине или на ее границах. Если в многомодовое волокно с помощью диффузного источника вводится полный спектр мод, то общее затухание на его конце остается высоким, пока моды высокого порядка не будут устранены и не начнется равномерное распределение мод, обеспечивающее постоя1шую величину затухания. Процесс выравнивания мод может занимать до 1 км длины волокна.

Рассмотренный эффект не может быть исключен ограничением числа мод, вводимых в волокно, поскольку плохое согласование отрезков волокна между собой может возбудить в следующем отрезке волокна ряд более быстро затухающих мод. Таким образом, затухание, создаваемое разъемами и сростками, может не ограничиваться лишь потерями на само соединение.

Необходимо отметить, что имеется значительное число мод, которые хотя и не являются полностью световодными, тем не менее распространяются на значительные расстояния вдоль волокна. Их называют затухающими модами. Как следует нз рис. 6.9, для этих мод справедливо соотношение

они удовлетворяют условию

Р>р; (5.2.14)

и, следовательно, не образуют полностью световодных мод. Их также нельзя отнести к модам излучения в оболочке, поскольку имеется область между радиусами Гг (меньшими) и Гз (большим а), в которой существуют затухающие поля. Это препятствует взаимодействию между световодной частью моды и областью свободного распространения и, таким образом, заставляет эти моды частично распространяться, а значит и поглощаться в сердцевине. Эффект затухающих мод рассматривается в Приложении П3.4 на основе лучевой модели.

Нежелательные моды высоких порядков и затухающие моды можно легко удалить из волокна, если его небольшой отрезок изогнуть по кривой. Это приводит к локальному уменьшению значения нормализованной частоты V, в результате чего ряд мод высоких порядков, которые в прямом волокне могли бы быть световодными или только слегка затухающими, в данном случае оказываются ниже частоты отсечки волокна и поэтому уходят в оболочку. Этот эффект иногда называют удалением (очисткой) мод.

Взаимодействие мод представляет собой совершенно отличное явление, которое также может привести к появлению у волокна неоднородных характеристик. Оно является основной причиной возникнове-



[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]

0.0017