Таблица 2.4

Из таблицы видно, что обычное стекло из-за примесей имеет очень большое затухание, поэтому необходима установка регенераторов через каждые 10 м. Начиная с 1970 г. качество стекла постоянно улучшается, и в настоящее время длина участка доведена до 60 км. Известны стекла с затуханием 0,1-0,2 дБ/км, обеспечивающие длины участков свыше 100 км.

Затухание за счет поглощения («„) связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, оно линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода (tg8).

Потери обусловлены комплексным характером показателя

преломления n = n„+jn, который связан с tg5 выражением 1е5 = 2идй„/(и2 „2

Затухание на поглощение определяется отношением потерь в световоде (Рп) к удвоенному значению всей мощности Р, передаваемой по световоду:

а=-1п

Р+Рп

(2.14)

где P=U/Z,, и P = GU. Тогда ос = 1 /2(7Z.., где G = (.0£„tg5 -, проводимость материала световода; Zj = ./j,„/e„- волновое сопротивление; с--1 /у/\х,,г„-скоросгь распространения энергии I по световоду. Используя условие с=Со/п и С(,-/"к, находим 1 формулу расчета потерь на поглощение, дБ:

a„=tg5-103-8,68,

(2.15)

где пу/\хе-показатель преломления; X-длина волны; tg5-тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

Выражая tg5 через комплексный тюказатель преломления, получаем

с(Ид-И.м)

103-8,

f вир Рис. 2.23. Частотная зависимость затуха-ния поглощения и затухания рассеяния

Если коэффициент преломления имеет действительное значение п=п , то J;g5 = 0 и потери на поглощение отсутствуют.

Из формулы видно, что частотная зависимость затухания поглощения имеет линейный характер.

Рассеяние обусловлено неоднородностями материала ВС, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.

Потери, на рассеяние (дБ/км), называемое рэлеевским, определяются формулой

%=KJX\ (2.16)

где -коэффициент рассеяния, равный 0,8 мкм-дБ/км для кварца.

Потери на рэлеевское рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих ВС. Этот предел различен для разных волн и с увеличением длины волны уменьшается.

На рис. 2.23 представлены частотные зависимости коэффициента затухания ВС. Из рисунка видно, что потери на поглощение растут линейно с увеличением частоты, а потери на рассеяние существенно быстрей-по закону f.

Потери энергии существенно возрастают из-за наличия в материале ВС посторонних примесей, таких, как гидроксиль-ные группы (ОН), ионы металлов (железа, кобальта, никеля, меди) и другие включения.

Присутствующие в стекле ионы металлов имеют электронные переходы в области длин волн 0,5-1 мкм и вызывают соответствующие полосы поглощения. За счет ионов гидроксильных групп проявляются поглощения на длинах волн 0,95; 1,24 и 1,39 мкм. Максимум поглощения-на волне 2,7 мкм. Наличие этих примесей приводит к возрастанию потерь в волокне и появлению резонансных всплесков затухания. Длина волны пика поглощения и ширина полосы зависят от элемента примеси и состава стекла.

Для получения малых потерь и затухания необходимо добиваться высокой частоты исходного материала-стекла.

я,мкм

0,5 10 1,5

Рис. 2.24. Составляющие потерь энергии в световоде

При Х>2 МКМ начинают проявляться потери на поглощение передаваемой мощности. Это явление проявляется с ростом длины волны и углублением в инфракрасную область спектра. J Эти потери (Хи.к, дБ/км, пропорциональны показательной функции и уменьшаются с ростом частоты по закону

а... = Се"\ (2.17)

где С и к постоянные коэффициенты. Для кварца к = =(0,51)-10- м.

На рис. 2.24 приведены типовые зависимости всех составляющих потерь от длины волны.

Кроме собственных потерь надлежит учитывать также дополнительные кабельные потери а, которые существенно зависят от принятой технологии производства, конструкции кабеля и качества изготовления. На кабельные потери влияют макро- и микроизгибы оптических волокон, дефекты скрутки , и другие нарушения их прямолинейности, потери во внешних оболочках и покрытия кабеля, термомеханические воздействия на волокно в процессе изготовления кабеля.

Указанные дополнительные потери определяются в основном процессами рассеяния энергии на неоднородностях и частично увеличением потерь на поглощение. Скрутка, изгибы приводят к излучению энергии в местах изгибов и соответственно к возрастанию потерь.

Установлено, что все эти кабельные потери приводят к увеличению затухания. Так, если собственное затухание световода а. составляет I дБ/км, то за счет дополнительных кабельных потерь оно может возрасти до 2 дБ/км и более. На рис. 2.25 показано изменение затухания ВС в зависимости от длины волны для кварцевого стекла, очищенного