Главная  Развитие оптической связи 

[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]

ft Излучаемые и вытекающие волны-это паразитные волны, приводящие к рассеянию энергии и искажению из-за интерференции передачи по световоду. Из-за этих волн, прежде всего, возникают переходные влияния и помехи в соседних световодах.

Типы волн (а) и их эпюры (б) приведены на рис. 2.17.

На рис. 2.18 показаны области существования различных типов волн в зависимости от значения Р-коэффициента распространения:

для НВ, распространяющихся внутри сердцевины, /с<Р<А:?;

для ВВ, распространяющихся как внутри сердцевины, так и внутри оболочки, {kl - m/a)<<kl;

для ИВ, распространяющихся в окружающем пространстве, Р<(А; -т/а), где т - азимутальное модовое число; а- радиус световода; ккф и к2 = коП2 - волновые числа сердцевины и оболочки.

Для меридиональных волн, имеющих симметричное поле, азимутальное модовое число т=0 и тогда получим: для НВ kl<<kl; для ИВ p2<A:i

I 2.6. КРИТИЧЕСКИЕ ЧАСТОТЫ И ТИПЫ ВОЛН (МОДЫ) СВЕТОВОДОВ

Б волоконных световодах при очень высоких частотах почти вся энергия поля концентрируется внутри сердцевины световода, с уменьшением частоты происходит перераспределение поля и оно переходит в окружающее пространство. При определенной (критической) частоте /о, или частоте отсечки, поле больше не распространяется вдоль световода и вся энергия рассеивается в окружающем про-хтранстве.

Воспользуемся ранее приведенными соотношениями аргументов цилиндрических функций gl - kj - f> (при г<а); gl-kl (при г>а). Имея в виду, что ккп и к2 = коП2, получим gl+gl = kl--kl, или gi+g2 = o(«i-«2), где ко = 2тс/Х=2тс со = со Цоео-

Для определения критической частоты /о нужно принять 2 = 0 (при всех значениях g2>0 поле концентрируется в сердцевине световода, а при g2 = 0 оно выходит из сердцевины и процесс распространения по световоду прекращается).

I Это обусловлено тем, что при больших значениях поле направляемой моды в основном сосредоточено в сердцевине и в непосредственной близости от нее. С уменьшением поле все больше перераспределяется в оболочку, однако переноса энергии в радиальном направлении нет. Наконец, при 2 = 0



(критический режим) происходит качественное изменение характера волнового процесса-появляется поток энергии в радиальном направлении и прекращается распространение энергии вдоль световода. Тогда gl = kl{n\-n\). Подставив значение ко = 2п со, определим критическую частоту /о световода:

fo=giCol{2n yjnl-nl).

Умножим числитель и знаменатель на параметр а (радиус сердцевины), тогда

(2.12)

fo=giaco/{nd Jnl-nl). Соответственно критическая длина волны

, с nd /о giani

(2.13)

где gia = P„,„-корни бесселевых функций для различных типов волн.

Анализируя полученные соотношения, можно отметить, что чем толще сердцевина световода и чем больше отличаются Пу и тем больше критическая длина волны и соответственно ниже критическая частота волоконного световода. Из формул видно, что при равенстве оптических характеристик, прежде всего диэлектрической проницаемости сердцевины и оболочки, т.е. при П1-П2, критическая длина волны (длина волны отсечки) 1о = 05 критическая частота /о = со и передача по такому световоду невозможна. Это имеет свое логическое обоснование, так как при отсутствии границы оптических отражений световод перестает действовать как НС передачи.

На рис. 2.19 дан сравнительный график частотной зависимости затухания электрических и оптических кабелей. Первые не имеют частоты отсечки, а вторые как фильтры передают энергию начиная лишь с критической частоты /о-

Для определения критических частот различных типов волн рассмотрим корни ранее полученного выражения бесселевых функций oiSio)-для симметричных волн и i„{gia)-для несимметричных ги-Рис. 2.19. Частотная зависи- Аридных волн (табл. 2.3). Эти вы-мость затухания электрических ражсния дают бесконечное число , „ корней.

1 зк

эк и оптических ОК кабелей



Таблица 2.3. Значения корней бесселевых функций

Тип волны

2,405

5,520

8,654

0,000

3,832

7,016

3,832

7,016

10,173

2,405

5,538

8,665

НЕ2„

5,136

8,417

11,620

ЕН2„

Из данных, приведенных в таблице, видно, что только Годна волна-гибридная НЕц-имеет нулевое значение корня и, следовательно, она распространяется во всем диапазоне частот, начиная от нуля. Всем остальным волнам свойственны критические частоты отсечки /о, причем чем больше индексы п и т, тем выше критическая частота.

I 2.7. ОДНОМОДОВАЯ ПЕРЕДАЧА ПО СВЕТОВОДАМ

По режиму использования волоконные световоды делятся на одномодовые и многомодовые. Число мод зависит от соотношения диаметра сердцевины световода d и длины волны Я. С увеличением d число передаваемых мод резко возрастает. Для обеспечения одномодового режима передачи необходимо иметь очень малый диаметр сердцевины световода, соизмеримый с длиной волны (ЯйЯ).

Из рис. 2.20, а видно, что при dxX в поперечном сечении сердцевины световода укладывается только одна волна, что соответствует одномодовой передаче Л=1. На рис. 2.20,6 показана многомодовая передача с большим числом волн. передача Лучи Волны прием


Рис. 2.20. Физическое представление мод: а-одномодовая передача {ВкХ); б-многомодовая передача {d>X)



[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]

0.0008