Геометрические и оптические параметры оптических волокон

Основными геометрическими параметрами ОВ являются: диаметр сердцевины; диаметр оболочки; диаметр защитного покрытия; некруглость (эллиптичность) сердцевины; некруглость оболочки; неконцентричность сердцевины и оболочки.[2]

Рисунок 1.- Примеры неоднородностей в ОВ: а – некруглость; б – неконцентричность сердцевины.

Некруглость сердцевины ОВ определяется как разность максимального и минимального диаметров сердцевины, деленная на номинальный диаметр сердцевины, и определяется только в многомодовых волокнах, некруглость оболочки — в многомодовых и одномодовых волокнах. Некруглость сердцевины ОВ (рис. 1а) определяется из выражения: [3]

(1)

где Нс — некруглость сердцевины, %;

dмакс, dмин — наибольший и наименьший диаметр сердцевины, мкм, соответственно;

dн — номинальный диаметр сердцевины, мкм.

Некруглость оболочки ОВ определяется аналогично.

Неконцентричность сердцевины относительно оболочки определяется как расстояние между центрами оболочки и сердцевины ОВ (рис. 1б) и определяется из выражения:

(2)

(2)

где Нс/о — неконцентричность сердцевины относительно оболочки, мкм; Цс — координаты центра сердцевины, мкм; Цо — координата центра оболочки, мкм.

Геометрические параметры стандартизированы для разных типов ОВ

Поэтому остановимся более подробно на оптических параметрах ОВ.

Основными оптическими параметрами волокна являются:

• относительная разность показателей преломления (Δ);

• числовая апертура(NА);

• нормированная частота (v);

• число распространяющихся мод (М);

• диаметр модового поля (dмп);

• длина волны отсечки (критическая длина волны λ кр).

Относительная разность показателей преломления. Относительная разность ПП сердцевины и оболочки ОВ определяется выражением (2.12).

Числовая апертура. Одной из основных характеристик, определяющих условия ввода оптических сигналов и процессы их распространения в ОВ, является числовая апертура, определяемая для:

• оптических волокон со ступенчатым ППП

(3)

• оптического волокна с градиентным профилем ППП

(4)

В градиентных ОВ используется понятие локальной числовой апертуры. Ее значение

максимально на оси волокна и равно 0 на границе раздела сердцевина — оболочка.

Нормированная частота. Этот параметр, определяющий число мод, равен:

(5)

где λ — длина волны, мкм.

Если 0< v< 2, 405, то режим работы волокна одномодовый, если v> 2, 405 — многомодовый. Чем меньше диаметр сердцевины ОВ, тем меньшее число мод может распространяться по нему и тем меньшее расширение получают оптические импульсы. Соответственно увеличивается коэффициент широкополосности ОВ. Таким образом, одномодовое (ООВ) может передавать более широкополосные сигналы, чем многомодовое (МОВ).[1]

Вывод: в данной главе были рассмотрены основные оптические параметры волокон, каким образом их можно определить и какую роль они играют.