ВОЛС - Урок 002. Оптическое волокно и его типы

fiber, волс, типы волс

В зависимости от числа распространяющихся на рабочей частоте волн (мод) волоконные световоды разделяют на одно и многомодовые . Число мод зависит от соотношения диаметра сердцевины световода и длины волны и для оптических волокон со ступенчатым профилем показателя преломления рассчитывается по формуле.

α – радиус сердцевины волокна,
λ – длины волны света,
Δ – относительная разность показателей преломления.

Так как n ₁ и n ₂ имеют очень близкие значения, номинальная величина ∆ для большинства оптических волокон находится в пределах

Достоинством одномодовых волоконных световодов является малая дисперсия (искажение сигналов), большая информационно-пропускная способность и дальность связи. Одномодовые системы являются наиболее активно развивающимся и по-прежнему перспективным направлением развития техники передачи информации.

В многомодовых волоконных световодах импульс на приеме уширяется и искажается, что существенно ограничивает полосу передаваемых частот и дальность передачи. Многомодовые волокна не используются для передачи информации на большие расстояния. Как правило приемо-передатчики, работающие по многомодовым волокнам ограничены дальностью до 500 метров.

Для характеристик оптического волокна важное значение имеет профиль показателя преломления в поперечном сечении. Если сердцевина световода имеет постоянное по радиусу значение показателя преломления, то такие оптические волокна называются световодами со ступенчатым профилем показателя преломления (наблюдается ступенька показателя преломления на границе раздела сред между сердцевиной и оболочкой).

Также для борьбы с уширением импульсов (что особенно характерно для многомодовых волокон) разработан другой тип волокна, который нашел гораздо более широкое применение в дальней связи, — это оптические волокна с градиентным профилем показателя преломления . В оптических волокнах с градиентным профилем преломления показатель преломления от центра сердцевины к краю изменяется плавно.

Показатель преломления для градиентных оптических волокон описывается следующей формулой

r – текущий радиус ,
n ₁ – наибольшее значение показателя преломления сердцевины,
g – коэффициент, определяющий вид профиля показателя преломления

Одномодовые волоконные световоды можно разделить на следующие категории:

• обычные, или волокна с несмещенной дисперсией (SF), которые выпускаются для аппаратуры, работающей на длине волны 1,31 мкм;
• волокна со смещенной дисперсией (DSF), которые выпускаются для работы на длине волны 1,55 мкм;
• волокна с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF), предназначенные для передачи мультиплексного волнового сигнала в рабочем диапазоне 1,53—1,56 мкм

Также различают оптические волокна с выровненной оболочкой, показатель преломления которой соответствует показателю преломления волоконных световодов со ступенчатым профилем и согласован с показателем преломления чистого кварца (n = 1,4585), и вдавленной оболочкой, материал которой состоит из двух зон.

Профили показателей преломления оптических волокон с несмещенной дисперсией:
а – с выровненной оболочкой, б – с вдавленной оболочкой

В одномодовых оптических волокнах со смещенной дисперсией для сложных профилей показателя преломления определение диаметра сердцевины представляет существенные трудности, поэтому для таких волоконных световодов вводится понятие диаметра поля моды . Под полем моды понимается область прохождения светового сигнала через поперечный разрез оптического волокна. В данном поле оптический сигнал имеет минимальное затухание и проходит вдоль оптического волокно с минимальным потерями мощности.

ω ₀ – радиус поля моды
2ω ₀ – диаметр поля моды