Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [ 25 ] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

составляет 1 дБ/км на длине волны 1 мкм для стекол с высоким содержанием кварца, причем легирование германием и бором несколько увеличивает это значение, а легирование пятиокисью фосфора - немного уменьшает. Этот эффект хорошо виден на рнс. 3.2. Для натриевых боросиликатных стекол типичное значение этих потерь лежит в области 2 дБ/км для длины волны 1 мкм.

До настоящего момента предполагалось, что волокно имеет правильную герметрическую форму и вытянуто в прямую линию. Разумеется, на практике это не имеет места и встречающиеся изгибы и дефекты волокна приводят к тому, что распространяющиеся в сердцевине лучи рассеиваются и выходят за пределы раздела сердцевина - оболочка. Основные нарушения геометрии этой поверхности (выступы, построение включения) и большие дефекты в сердцевине волокна (пузыри, примеси) приводят к значительным локальным потерям. Такие дефекты легко обнаруживаются в виде локально ярких областей на экспериментальной установке, которая демонстрирует релеевское рассеяние. Это дает возможность просто идентифицировать дефектные участки волокна, чтобы удалить их.

Аналогичным образом резкие изгибы волокна приводят к тому, что часть света не будет отражаться от оболочки, а будет в ней распространяться и таким образом теряться. Теоретически рассеиваемая при этом мощность экспоненциально зависит от радиуса изгиба R. Таким образо.м, потери на изгиб будут пропорциональны ехр (-R/R), 1-де критический радиус изгиба R ж a/(NAy = = а/2 п - An, а а - радиус сердцевины. Потери, обусловленные наличием изгибов радиуса R, были бы весьма значительными, из-за экспоненциального вида функции эти потери быстро уменьшаются при увеличении радиуса изгиба.

На практике, однако, минимально допустимый радиус изгиба определяется, исходя из механических свойств волокна, а не потерь на из-1иб. Если волокно изогнуто столь сильно, что поверхностные напряжения превысят 0,2 %, то весьма вероятно, что в процессе эксплуатации в нем возникнут значительные трещины. Чтобы предотвратить это, оптическое волокно помещают в достаточно жесткий кабель. Рассмотрим волокно с радиусом сердцевины а = 30 мкм, диаметром оболочки 2 b = 125 мкм, которое имеет следующие параметры: п 1,5; An 0,01 и NA = 0,17. Пусть это волокно намотано на барабан радиусом {R - Ь) так, что нейтральная ось волокна изогнута по окружности радиуса i?, как это и показано на рис. 3.4. Тогда напряжение сжатия внутренней поверхности волокна и напряжение растяжения его наружной поверхности будут определяться величиной b/R. Чтобы эти напряжения не превысили 0,2%, радиус R должен быть больше 6/0,002 = 500 Ь. В данном примере это требование выполняется при R > 31 мм. С другой стороны, критический радиус изгиба для рассматриваемого волокна будет равен R = а/{2п-An) а/0,03= - 2 мм. Отсюда очевидно, что приемлемый с механической точки зрения радиус изгиба вызывает пренебрежимо малые потери на изгиб.



Хотя потери, создаваемые большими радиусами изгиба, оказываются незначительными, однако наличие непрерывной последовательности и очень малых изгибов может вызвать весьма значительное увеличение потерь в волокне. Этот эффект, известный как потери на микроизгибы, проявляется особенно заметно при наматывании с натяжением на барабан волокна без оболочки. Микроизгибы возникают из-за деформаций, возникающих в волокне нри наматывании на барабан с дефектами поверхности. Аналогичный эффект легко наблюдается в результате давления, оказываемого на волокно соседними волокнами внутри кабеля. Легко возникающие в процессе изготовления волокна малые по величине непрерывные и плавные изменения диаметра сердцевины также могут приводить к аналогичному механизму рассеяния, вызывая так называемые волноводные потери.

Потери на изгибы и микроизгибы, а также волноводные потери были предметом серьезного теоретического анализа. Этот анализ слишком сложен и громоздок для того, чтобы привести его здесь, однако он будет рассмотрен в гл. 5. Достаточно сказать, что при хоропгем контроле процессов изготовления волокна и хорошей конструкции кабеля, обеспечивающей защиту волокна, смягчая внешние механические воздействия и предотвращая резкие изгибы, эти потери можно сделать менее 1 дБ/км. Они, в основном, не зависят от длины волны и для во-

Волонно


Рис. 3,4. Поверхностные напряжения, возникающие из-за изгиба волокна.

(Н-Ь) 66 -лее ь

Напряжение на наружной поверхности (растяжение) женню на внутренней повернхости (сжатие) 82

равно Hanpii-



Рис. 3.5. Оценка остаточных потерь рассеяния (Эти потери практически не зависят от длины волиы и составляют 0,4 дБ/км.)

[Взято из работы М. Na-kahara et al.- Fabrication of low-loss and wide-bandwidth VAD optical fibers at 1,3 mm wave length. Ets. Lett. 16. 102-103 (13 Jan. 1980).]

Длина Полны, MHM

1,0 0,3

- p


локон с очень малыми потерями могут быть оценены по зависимости затухания в волокне от ~к- (рис. 3.5).

Отметим, что, если сжатие короткого отрезка волокна на нерегулярной поверхности достаточно для получения существенного увеличения света, локально рассеиваемого вне волокна, то его можно собрать и продетектировать, реализовав таким образом простой способ подключения для подслушивания.

3.2. ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В некоторых военных и космических применениях систем связи может потребоваться, чтобы они были устойчивы к воздействию высоких уровней радиоактивности. Влияние ионизирующего излучения на стекла очень сложно и весьма сильно. Под его воздействием разрушаются химические связи, образующие матрицу стекла, в результате чего создаются новые уровни энергии электрона, донорные или акцепторные, и между ними становятся возможными электронные переходы. Многие из этих переходов создают потери в видимой и ближней инфракрасной области спектра.

При малых дозах облучения наведенные ионизирующим излуче-. нием потери прямо пропорциональны дозе. Однако чувствительность к радиации у различных волокон разная и колеблется от 0,1 до 10 (дБ/км)/рад . Эти цифры получены в результате измерений, проведенных на длине волны 0,82 мкм. Имеются некоторые доказательства того, что иа более длинных волнах возрастание потерь будет меньше. В многокомпонентных стеклах химические связи особенно чувствительны к радиации, и поэтому оптические волокна, имеющие сердцевину из кварца, легированного GeOj или В2О3, более чувствительны к воздействию радиации, чем волокна из чистого искусственного квар-

Рад - единица, которая определяет величину энергии излучения, поглощаемую данной массой облучаемого вещества. I рад соответствует энергии излучения I джоуль, поглощенной веществом массой 100 кг. Иногда она называется поглощенной дозой излучения; необходимо отметить, что эта единица ие входит в систему СИ.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [ 25 ] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0011