Волоконно-оптические линии связи

Страница: 12/21

Точно так же существуют границы и для световода. Принцип его действия ранее упоминался: свет распространяется зигзагообразно в светопроводящем сердечнике благо­даря полному внутреннему отражению от стенок, к внешней стороне которых примыкает среда с малым коэффициентом преломления — оболочка. Это полное отражение связано с одним условием. Угол между световым лучом и оптической осью световода должен быть не более предельного угла полного внутреннего отражения jв. Он определяется отношением показателей преломления в сердечнике пс, и в оболочке по:

cosj =nо I nс

Можно было бы отдать предпочтение волокну с большим различием показателей преломления, так как оно, очевидно, может воспринять и передать больше света от ис­точника с большим углом излучения. Это преимущество было бы действительно решаю­щим, если бы требования стояли только в возможно более высокой пропускной способ­ности световода.

5.3 Пропускная способность волоконных световодов

В одномодовых (мономодовых) и многомодовых световодах разная (в одномодовых больше из-за их толщины стержня). Вызванный различной длиной пробега в свето­воде временной разброс элементов выходного сигнала и как следствие рассеяние части энергии на выходе световода называют модовой дисперсией. К сожалению, она является не единственной причиной ограничения пропускной способности. Необходимо еще доба­вить так называемую материальную дисперсию. Она состоит в том, что показатель пре­ломления пс стержня световода зависит от длины волны. Длинноволновые красные лучи отклоняются меньше, чем коротковолновые синие. Этот эффект не имел бы значения для техники световой связи, если бы применяемые источники излучали свет только одной длины волны. К сожалению, этого не бывает. Хотя ширина спектра полупроводникового лазера относительно узка, он излучает свет в некотором интервале длин волн шириной несколько нанометров. Светоизлучающий диод в этом отношении значительно превосхо­дит его — приблизительно на 30 — 40 нм. Ограничение этой полосы невозможно без по­тери энергии. Именно эти различные спектральные составляющие излучения проходят через световод с различной скоростью (v=c/nс), что, конечно, приводит к уширению импульса и ограничивает пропускную способность световода.

В волокне со ступенчатым профилем показателя преломления преобладает модовая дисперсия вследствие большой разницы времен пробега между осевым и граничными лучами. В градиентном световоде с оптимальным профилем показателя преломления обе дисперсии становятся приблизительно одинаковыми. Напротив, в мономодовом волокне модовая дисперсия не имеет значения, и только материальная дисперсия определяет ха­рактеристику передачи.

И третий фактор, влияющий на качество передачи — полноводная дисперсия. Она возникает только в мономодовых световодах, а именно потому, что единственная способ­ная к распространению мода имеет скорость распространения, зависящую от длины вол­ны.

Анализ причин и влияния материальной дисперсии на характеристики передачи позволили сделать выводы, которые представляют исключительный интерес для практи­ки и оказывают решающее влияние на дальнейшее развитие световодной техники. Преж­де всего, выяснилось, что уширение импульса, вызванное материальной дисперсией, в значительной степени определяется микроструктурой зависимости показателя преломле­ния данного светопроводящего материала от длины волны. Если на графике такой зави­симости имеется участок, на котором кривая стремится к нулю, то на этой длине волны можно ожидать минимального уширения импульса и пренебречь влиянием материальной дисперсии.

Реферат опубликован: 31/05/2008