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]

поверхности световода и внутренней поверхности внешней защитной оболочки (скачкообразно на.два порядка увеличивается модуль упругости материала элемента, контактирующего со световодом). Изменение 5 определяется практически только деформацией полиамидной оболочки, поскольку модуль упругости кварцевого стекла на два порядка превышает модуль упругости материала внешней оболочки.

Участок IV-зона окончательного выдавливания материала внешней оболочки из зоны контакта и разрушение кварцевого световода вследствие воздействия металлических индентеров (Р=Ркр= 120ч-150 кН/м, Ркр-нагрузка, вызывающая разрушение ОВ).

Выбор материала и размеров вторичной (внешней) защитной оболочки определяет оптические характеристики ОВ и их стабильность во времени. При этом надо учитывать размеры ОВ, числовую апертуру, размеры ВЗП и его материал. ОВ с большой числовой апертурой менее подвержены воздействию микроизгибов.

Для ОВ с ПЗО основной причиной возникновения микроизгибов является различие ТКЛР световода материала и материала защитных полимерных покрытий. Для ОВ в тонком ПЗП эта разница не очень существенна, но при наличии ПЗО влияние микроизгибов на оптические характеристики волокна велико.

Из-за разницы ТКЛР ПЗО и стекла на световод со стороны покрытий действует осевая сжимающая сила Р, которая вызывает добавочный изгиб оси ОВ и распределенные поперечные нагрузки qi{z), пропорциональные разноголщин-ности ПЗО в каждой точке оси z.

Осевую сжимающую силу можно определить как

Р=0,25пс11ЕаатЛТ, (4.1)

где Еа-модуль Юнга материала ПЗО; а-ТКЛР ПЗО; й?с средний диаметр ПЗО; АГ-отклонение от средней температуры.

Для обычных конструкций Рх4~5Н при Г=-40°С (АГ=60°С, материал ПЗО хайтрел, материал ОВ - кварц).

В (4.1) принимают во внимание только ТКЛР материала ПЗО, который вносит наиболее весомый вклад в возникновение силы Р. Однако в общем случае необходимо учитывать все составляющие О В, которые в некоторых случаях могут существенно повлиять на возникновение микроизгибов. С учетом последнего эффективное значение ТКЛР ОВ в ПЗО будет определяться как средневзвешенная величина:

"" А,Е, + АЛ+А,Е, . -

тт А, Ев. ат-площадь, модуль Юнга и ТКЛР соответственно, а индексы Ь, с, d соответствуют световоду, буферу и ПЗО.




Рис. 4.19. Микроизгиб ОВ в ПЗО: /-световод диаметром 26; 2-буферное покрытие диаметром 2с; i-ПЗО диаметром d

В общем виде первоначальные пространственные изгибы оси ОВ в ПЗО, вызванные случайными причинами при нанесении защитной оболочки, можно выразить как

Q4z)=Q,{z)+iQy{z), (4.3)

где Qx{z) и Qy{z)-смещение оси волокна относительно центра защитного полимерного покрытия в плоскостях XOZ и YOZ соответственно.

Для констсукции, представленной на рис. 4.19, радиус изгиба ОВ в ПЗО

К~ь\еь)

oltAT,

(4.4)

где Еь-модуль Юнга световода при пониженной температуре. Обычно Л=0,1-ь1,0м; е-отклонение от центра ПЗО (эксцентриситет).

Потери в ОВ определяются его пространственным расположением. Центральная линия ОВ определяется

y,(z)=Yyn{z)sin{nk+Фn), (4.5)

где Q-угловая пространственная частота.

Используя дифференциальное уравнение, описывающее изгиб балки, найдем

(4.6)

где -эффективный модуль буферного слоя,

Р,=4£,6/(с-Л). Решая (4.5) и (4.6), получим

b \bbj

(£2/Q,„)(l-i>/Pj 104

(4.7) (4.8)



PKp=/p:£b4[(W+(0/fi„)-]; (4.9)

Ее-модуль Юнга материала буферного слоя;

о„=[Рс/(ЗД]«"; (4.10)

If,-момент инерции световода.

Дополнительные потери от микроизгибов в первом приближении пропорциональны квадрату средней кривизны оси волокна. С учетом пространственного спектра кривизны оси световода, определяемого пространственной частотой (минуя промежуточные вычисления), запишем выражение для определения дополнительных потерь, см~*, от воздействия пониженной температуры:

8Q l{c-b)El

где Qo = y/2A/a; Д = (й-и)/2и; а-радиус сердцевины ОВ; й„-показатель преломления сердцевины; щ-показатель преломления оптической оболочки; Cq - постоянная; 5-коэффициент, зависящий от диаметров ОВ и сердцевины.

Анализ полученных результатов показывает, что чем мягче материал буфера, тем меньше значения Ркр и B(Q). Уменьшения влияния отрицательных температур на ОВ можно достигнуть, применяя материал ПЗО с малым ТКЛР и малым модулем упругости. Следует уменьшить площадь ПЗО и снизить значение эксцентриситета между осями световода и ПЗО. Это подтверждается результатами испытаний ОВ с буферной оболочкой и ПЗО на воздействие осесимметричных нагрузок. С увеличением объема кварца при постоянных значениях диаметров буферной оболочки и ПЗО зависимость коэффициента затухания от осесимметричных нагрузок уменьшается. Световод практически не зависит от воздействия на него данного вида нагрузки, так как отсутствует основная причина, их вызывающая,-защитная полимерная оболочка и существующие в ней нерегулярности.

Другой причиной, кроме различия ТКЛР стекла и защитной полимерной оболочки, снижающей достоинство ПЗО, является усадка полимерных материалов. Этот эффек! сделал невозможным увеличение модуля Юнга внешнего rIOJш мерного покрытия из-за ориентирования молекул (вытяжки) при экструдировании.

Диаметр ОВ но ПЗО обычно составляет 0,5-2 мм. При оценке поведения ОВ в трубчатой защитной оболочке (ТЗО) необходимо учитывать различие поведения световода и полимерной трубки при воздействии внешних факторов по сравнению с ОВ с ПЗО.



[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