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]

германия = 45%). Эллиптичность сердцевины определяется как 6э= [(Ох-100%, где 2а и loy-большая и малая оси эллипса. Для сердцевины 6э.с = 78%, а Др тесно связана с количеством легирующей добавки в сердцевине и нормализованной частотой ОВ и составляет 8160 м~ на А,=0,633 мкм. Коэффициент передачи между ортогонально поляризованными модами, определяемый как отношение мощности оптического излучения НЕ\{Р к мощности оптического излучения HE\i{Py), выраженное в децибелах, составляет минус 28 дБ на длине 500 м. Эллиптичность сердцевины является причиной возникновения геометрического двулучепреломления, х"арактеризуемого параметром Вд [40, 41].

Некоторые параметры О В с эллиптической сердцевиной:

Большая ось эллипса, мкм .................................... (б!") (l")

Малая ось эллипса, мкм ........................................ (3 + 1) или (4+1)

Диаметр кварцевой оптической оболочки, мкм.. (80 + 3) или (125 + 3)

Диаметр ОВ в защитном покрытии, мкм .......... (200 ±30) или (230 ±30)

Отклонение от соосности сердцевины и оболочки,

мкм ........................................................................... ±2

Коэффициент затухания, дБ/км .............................. 5 (на =0,85)

и 2 (на =1,3 мкм)

Одномодовое ОВ с эллиптической оболочкой (рис. 4.8, б, в) имеет: сердцевину из кварца, легированного СеОг или Р2О5; цилиндрическую оптическую оболочку из кварца для обеспечения минимальных потерь на передачу; эллиптическую оболочку из кварца, легированного В2О3 и ОеОг; защитную кварцевую оболочку. Эллиптичность оболочки может достигать 85%, а молярное содержание в ней В2О3 может быть до 20%. Разность постоянных распространения поляризованных мод в ОВ с эллиптической боросиликатной оболочкой в первом приближении линейно зависит от частоты излучения и температуры. В свою очередь эти параметры определяются линейной комбинацией параметров кварцевого стекла, температурой размягчения боросиликатного стекла оболочки (Г=800° С), разность ТКЛР стекол ДТКЛР эллиптической и защитной оболочек, размерами полуосей эллипса. Таким образом, модовым двулучепреломлением В можно управлять, меняя эллиптичность и степень легирования (В > Вд).

Эллиптическая внутренняя оболочка из-за термоупругих напряжений, вызванных наличием ДТКЛР, создает анизотропию диэлектрической проницаемости в поперечном сечении сердцевины О В, воздействуя на нее вдоль малой и большой осей эллипса. Максимальный показатель преломления наблюдается вдоль более короткой оси, а минимальный вдоль длинной оси эллипса. Линейно поляризованная мода, направленная вдоль большой оси эллипса, оказывается более замедленной.

Расчет механических напряжений в О В в зависимости от размеров эллиптической оболочки (площади поперечного



(бу-(5у),Ша, Рис. 4.9. Зависимость разницы механических на-

gQi-1 пряжений по осям X, Y одномодового ОВ с эл-

" липтической оболочкой от ее эллиптичности бд „;

I-bJd=0,5; 2-bjd=0,2; 3-~bJd=0,S75

сечения) и эллиптичности можно осуществить методом конечных элементов. Принимаем модуль Юнга кварцевого стекла jo =74 ГПа, коэффициент Пуассона ji = 0,23, а ТКЛР вычисляем, пользуясь линейной аппроксимацией ТКЛРз = ТКЛРвюз + -Ь(1-) ТКЛРкю., где ТКЛРз, ТКЛРв,оз = 10-5 °С- и ТКЛР«о. = 5 х X 10 °С ~ -ТКЛР эллиптической оболочки, стекла с легирующими добавками В2О3 и Si02 соответственно; 9 = 0,1-молярная доля легирующей добавки В2О3.

На рис. 4.9 показана зависимость разницы механических напряжений ОВ с эллиптической оболочкой от ее эллиптичности. Площадь эллиптической оболочки при отношении большой оси эллипса 2Ь- к диаметру световода 2Ь менее 0,5 оказывает небольшое воздействие на возникновение механических напряжений и, следовательно, вызывает слабое двулучепреломление. Разница механических напряжений, возникающая по осям Х{а-) и Y(ay), почти линейно зависит от эллиптичности рассчитана как


оболочки 6, „ и может быть

£s.o.(™P3-TKnP„)73.,

где Т-температура.

Зная {Ох - Оу), можно рассчитать двулучепреломление

где Ср-коэффициент фотоупругости, С = 3,54-10" мм/кг на А,=0,6328 мкм.

Анизотропия диэлектрической проницаемости может встречаться не только в поперечном сечении ОВ, но и вдоль его оси.

В световоде осев]ая анизотропия, возникающая в процессе его изготовления при вытяжке из заготовок, довольно слаба. Продольная составляющая поля моды весьма мала по сравнению с поперечными составляющими. Поэтому влияние продольной анизотропии показателя преломления на постоянные распространения мод в ОВ слабее, чем влияние поперечной анизотропии показателя преломления или анизотропии формы, и этим влиянием можно пренебречь [36].



Чувствительность состояния поляризации к внешним воздействиям зависит от значения двулучепреломления В, которое может быть большим (более 10~), средним (10~<Б<10") и малым (менее 10~). Двулучепреломление и обусловленная им поляризованная дисперсия существенно влияют на информационную полосу в линиях связи на основе одномодовых ОВ.

Наилучшие результаты для ОВ с эллиптической оболочкой получены при эллиптичности 55%; молярном содержании добавки 14%; диаметре сердцевины 6 мкм; относительной разности показателей преломления сердцевины и оболочки Аи = 0,45%; отношении радиусов сердцевины и оптической оболочки 0,5 и =150 мкм; АТКЛР=(9,5-10)• Ю" °С~ [37, 42]. При этом Ар = 5200 м~ на А, = 0,633 мкм, коэффициент затухания 0,56 и 0,47 дБ/км на длине волны 1,31 и 1,55 мкм соответственно, модальное двулучепреломление fis> 1,6 • Ю" на А, = 1,31 мкм. Коэффициент передачи составил минус 45 дБ на длине 5 м; минус 32 дБ на 500 м и минус 23 дБ на длине 1 км.

В ОВ с заданными механическим напряжением типа Panda применены создающие напряжение круглые или близкие к круглому сечению детали (рис. 4.8, г-ж). Напряжения возникают за счет введения в ОВ по обе стороны сердцевины на некотором от нее расстоянии симметрично двух деталей. Эти детали находятся внутри оптической оболочки и имеют ТКЛР, превышающий ТКЛР оптической оболочки. При быстром охлазкдении в процессе вытяжки различие ТКЛР приводит к возникновению остаточных напряжений, прикладываемых к сердцевине, в результате чего в ней возникает некоторая разность показателей преломления мод.

Выбор показателей преломления должен удовлетворять следующим условиям (рис. 4.10): к>п>у1к, т. е. поляризованная по оси X мода должна иметь малое затухание, а по оси Y-большое (к=2п/с-волновое число в вакууме, с-скорость света в вакууме) [43].

Для обеспечения этих требований сердцевина ОВ выполняется из кварца, легированного СеОг- Цилиндрические детали элементов, создающих напряжение, выполняются из кварца, легированного В2О3 (молярная концентрация легирующей добавки 15%). Оптическая оболочка изготовляется из чистого кварца. Параметры ОВ: профиль показателя преломления градиентный (рис. 4.11); Аи = 0,83%; 2(Оо = 8,2 мкм; 2) = 200 мкм; г„/(Оо = 5,1; bjb = 0,5; эффективная длина волны отсечки ?Lc = 0,87 мкм; Б=4,0-10"; А,о = 1,56 мкм; коэффициент связи мод /2 = 1,53-10" м ; разница групповых скоростей между двумя поляризованными модами в интервале длин волн 1,2-1,78 мкм составляет 1,33 пс/км; дисперсия на длине волны 1,3 мкм около 12 пс/(км-нм); коэффициент затухания на А,= 1,56 мкм равен 0,27 дБ/км.



[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]

0.0009