Затухание в оптическом волокне.

Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в во­локне, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повтори­телями.

На затухание света в волокне влияют такие факторы, как: потери на поглощении; потери на рассеянии; кабельные потери.

Потери на поглощении и на рассеянии вместе называют собственными потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют также дополнительными потерями, рис. 2.6.

Рис. 2.6. Основные типы потерь в волокне

Полное затухание в волокне (измеряется в дБ/км) определяется в виде суммы:

α=α_int + α_rad + α =α_abs + α _sct + α_rad (2-12)

Потери на поглощение α_abs состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение), так и из потерь, связанных с поглощением света на примесях. Примесные центры, в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую энергию в виде джоулева тепла. Даже ничтожные концентрации примесей приводят к появле­нию пиков на кривой потерь, рис. 2.7. Следует отметить характерный максимум в районе длины волны 1480 нм, который соответствует примесям ОН^-. Этот пик присутствует всегда. Область спектра в районе этого пика ввиду больших потерь практически не используется.

Собственные потери на поглощении растут и становятся значимыми в ультрафиолето­вой и инфракрасной областях. При длине волны излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным из-за роста потерь, связанных с инфракрасным поглощени­ем, рис. 2.7.

Потери на рассеянии α_sct. На длине волны 800 нм затухание составило 1,5 дБ/км. Даль­нейшему уменьшению затухания препятствует так называемое рэлеевское рассеяние света. Рэлеевское рассеяние вызвано наличием неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях. В ре­зультате часть его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во время изготовления волокна.

Потери на рэлеевском рассеянии зависят от длины волны по закону λ^{- 4} и сильней про­являются в области коротких длин волн, рис. 2.7.

Рис. 2.7. Факторы, влияющие на затухание в области длины волны 1500 нм (по материалам фирмы Corning Optical Fiber, [7])

Длина волны, на которой достигается нижний предел собственного затухания чистого кварцевого волокна, составляет 1550 нм и определяется разумным компромиссом между по­терями вследствие рэлеевского рассеяния и инфракрасного поглощения.

Внутренние потери хорошо интерполируются формулой: α = К_rel λ^{- 4} + δ_OH (λ) + Ce^{- k/λ},

где δ_OH (λ) отражает пик поглощения на примесях ОН с максимумом при 1480 нм, а первое и последнее слагаемые соответствуют рэлеевскому рассеянию и инфракрасному поглощению соответственно (К_rel= 0,8 мкм⁴дБ/км; С = 0,9 дБ/км; k = 0,7-0,9 мкм; данные приведены для кварца).

На рис. 2.8 приводится общий вид спектральной зависимости собственных потерь с указанием характерных значений четырех основных параметров (минимумов затухания в трех окнах прозрачности 850, 1300 и1550 нм, и пика поглощения на длине волны 1480 нм) для со­временных одномодовых и многомодовых волокон.

Рис. 2.8. Собственные потери в оптическом волокне

Кабельные (радиационные) потери α _rad обусловлены скруткой, деформациями и изги­бами волокон, возникающими при наложении покрытий и защитных оболочек, производства кабеля, а так же в процессе инсталляции ВОК. При соблюдении ТУ на прокладку кабеля но­минальный вклад со стороны радиационных потерь составляет не больше 20% от полного за­тухания. Дополнительные радиационные потери появляются, если радиус изгиба кабеля ста­новится меньше минимального радиуса изгиба, указанного в спецификации на ВОК.