Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Поширення світла у оптичному волокні

Устрій оптичних світловодів. Оптичне волокно являє собою [11] тонку прозору діелектричну нитку (скло, пластмаса), у якій є дві області (рис. 2.1). Центральна область 1 – називається світлонесучою серцевиною з показником заломлення n₁; її оточує світловідбивна оболонка 2 з показником заломлення n₂. У волокнах, що в основному використовуються для зв'язку, обидві області виконані з кварцового скла (SiO₂) і відрізняються тільки значенням показника заломлення. Для забезпечення світловодних (напрямних) властивостей, необхідне виконання умови n₁>n₂.

а) б)

Рисунок 2.1 – Оптичне волокно:

а) устрій ОВ; б) розподіл профіля показника заломлення

На рис.2.1,б зображено розподіл профіля показника заломлення (ППЗ) у серцевині, відбивній оболонці і у захисному покритті.

Відношення показників заломлення невелике і складає 0,2…1%. Змінюють величину n шляхом легування скла спеціальними домішками. Для забезпечення механічної міцності в процесі витяжки ОВ покривають захисним пластмасовим покриттям, що має показник заломлення n₃ < n₂ (область 3 на рис. 2.1). Діаметри серцевини, оболонки і покриття позначають відповідно 2a, 2b, 2c, мкм. Розміри поперечного перерізу ОВ записуються у вигляді дробу 2a/2b, наприклад, запис 50/125 означає, що 2a = 50 мкм, 2b = 125 мкм.

Класифікація ОВ. OB класифікують за декількома ознаками:

1) за профілем показника заломлення,

2) за кількістю мод (променів), що поширюються у ОВ, (терміну «промінь» у геометричній оптиці відповідає термін «мода» у хвилевій оптиці [11]);

3) за типом матеріалу, з якого виготовлено ОВ.

Класифікація ОВ за профілем показника заломлення. Під модою розуміють один з можливих розподілів електромагнітного поля, що задовольняє рівнянням Максвела і граничним умовам. В одномодовому волокні поширюється одна (фундаментальна, основна) мода (промінь). Багатомодове волокно може каналізувати водночас до двох тисяч мод.

Під профілем показника заломлення розуміють залежність зміни показника заломлення уздовж радіуса n(r) ОВ. Розрізняють: східчасті ОВ (СОВ), або волокна зі східчастим ППЗ (рис.2.2,а) і градієнтні OB (ГОВ), або волокна з плавним (монотонним) зменшенням показника заломлення в серцевині (рис.2.2,б). Показник заломлення оболонки оптичного волокна n₂ не залежить від радіуса і залишається незмінним.

Рисунок 2.2 – Профілі показника заломлення ОВ:

а) східчасте ОВ; б) градієнтне ОВ; в) ОВ зі складним ППЗ з нульовою зміщеною дисперсією; г) ОВ зі складним ППЗ з ненульовою зміщеною дисперсією

Класифікація ОВ за кількістю поширюваних мод у ОВ. Розрізняють одно- та багатомодові ОВ. Багатомодові ОВ мають більш широку смугу пропускання. У ВОСП найбільше поширення одержали стандартні багатомодові ОВ з розмірами 50/125 і 62,5/125. У країнах СНД і Європи прийнятий перший стандарт, другий застосовується в США (рис.2,а,б).

Одномодові волокна поділяються на східчасті чи стандартні ОМС (SF) (рис.2,в), волокна зі зміщеною (у третє вікно) нульовою дисперсією ОМЗД (DSF) і на волокна з ненульовою зміщеною дисперсією ОМНЗД (NZDSF). Приклади профілю показника заломлення з ОМЗД і ОМНЗД наведені на рис. 2.2, г, д, відповідно.

Для досягнення одномодового режиму діаметр серцевини ОВ роблять значно менше (8…10 мкм), ніж у багатомодових (50 чи 62,5 мкм). Приклад позначення ОМ ОВ: 8,4/125, де 2а = 8,4 мкм, 2b =125 мкм.

Класифікація ОВ в залежності від матеріалу. Розрізняють ОВ типу кварц-кварц, кварцполімерне ОВ, пластикове ОВ.

Оптоволокно кварц – кварц. Такі ОВ мають серцевину і відбивну оболонку з кварцевого скла. Скло для таких світловодів – це суперчистий, суперпрозорий діоксид кремнію SiO₂ або плавленого кварца. В скло додають певні домішки для того, щоб одержати потрібний показник заломлення. Германій і фосфор збільшують його, а бор і фтор – зменшують. В скло завжди при виготовленні потрапляють інші домішки, яких неможливо уникнути. Вони впливають на властивості ОВ, збільшуючи його загасання завдяки розсіюванням на домішках та поглинанням у них світла.

Кварцполімерне ОВ. Такі ОВ мають скляну серцевину, яка оточена полімерною відбивною оболонкою. Їх характеристики не настільки якісні, як у волокон типу кварц-кварц. Проте, вони знайшли застосування завдяки великому діаметру серцевини (від 200 до 800 мкм). Це дозволяє підводити до них велику потужність світла і легко з’єднувати їх між собою.

Пластикове ОВ. Воно має пластикові серцевину і відбивну оболонку. В порівнянні з розглянутими вище двома типами такі ОВ мають найбільше загасання і найвужчу смугу пропускання. Але їх безперечними перевагами є низька собівартість, конструктивна простота і легкість з’єднування, що робить їх популярними у випадках невисоких вимог до загасання і робочої смуги частот. Крім того, вони радіаційно стійкі.

Докладніше характеристики та параметри сучасних ОВ на конкретному прикладі розглянуто у розділі 2.7.