Спектральная зависимость коэффициента затухания, составляющие потерь в оптическом волокне. Нормы коэффициента затухания стандартных одномодовых ОВ.

Спектральная зависимость коэффициента затухания, составляющие потерь в оптическом волокне.

Спектральная характеристика коэффициента затухания оптических волокон

Затухание характеризует потери оптической мощности при распространении оптических сигналов в волокне.

На рис. 1.17 представлена эволюция спектральной характеристики коэффициента затухания оптических волокон [48].

На характеристиках, соответствующих 1975...1980 гг. четко просматривается резкое уменьшение затухания на длинах волн, лежащих в области трех окон прозрачности (850 нм, 1300 нм и 1550 нм). Технология производства оптических волокон совершенствуется, и к 1990 г. наблюдается сглаживание характеристики, по сравнению с более ранним периодом, а также яркого проявления пика поглощения на примесях ОН с максимумом при = 1380 нм.

Рис. 1.17. Эволюция спектральной зависимости собственных потерь.

На рис. 1.18 приведена спектральная характеристика коэффициента затухания типовых кварцевых одномодовых оптических волокон [48].

Данная характеристика имеет три ярко выраженных особенности:

• общая тенденция уменьшения коэффициента затухания a с увеличением длины волны l, пропорционально 1/l⁴, что обусловлено потерями за счет Рэлеевского рассеяния;
• увеличение затухания a в области спектра выше 1, 6 мкм, вызванное потерями на изгиб и инфракрасным поглощением кварца;
• локальные максимумы, связанные с гармониками резонанса поглощения примесей гидроксогруппы ОН^–.

Рис. 1.18. Типовая спектральная характеристика коэффициента затухания стандартного кварцевого одномодового оптического волокна.

В общем случае, потери в оптических волокнах складываются из собственных потерь в волоконных световодах a_с и дополнительных потерь, т.н. кабельных a_к, обусловленных скруткой, а также деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Некоторые составляющие затухания оптических волокон.

Собственные потери оптических волокон состоят из потерь поглощения a_п и потерь рассеяния a_р, а также потерь на поглощение, обусловленных присутствующими в световодах примесями a_пр и потерь на поглощение в инфракрасной области a_ик [48]:

, дБ/км

(1.22)

где a_с – собственные потери;

a_к – кабельные потери;

a_п – потери на поглощение;

a_р – потери на рассеяние;

a_пр – потери на поглощение, обусловленные примесями;

a_к – кабельные потери;

a_ик – потери на поглощение в инфракрасной области.

Потери Рэлеевского рассеяния

Потери Рэлеевского рассеяния обусловлены тепловой флуктуацией показателя преломления и неоднородностями материала световода, расстояние между которыми меньше длины волны. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях, в результате часть его теряется в оболочке. Величина потерь на рассеяние a_р, дБ/км, определяется по следующей формуле [48, 49]:

(1.23)

где k_р – коэффициент Рэлеевского рассеяния, для кварца равный примерно (0, 8 мкм^4. дБ)/км.

Потери на Рэлеевском рассеянии определяют нижний предел собственного затухания, соответствующий длине волны 1550 нм, и сильнее проявляются в области коротких длин волн.

Коэффициент Рэлеевского рассеяния зависит от режима тепловой обработки заготовки и уменьшается при снижении температуры вытяжки волокна. Таким образом, при уменьшении температуры вытяжки до 1800^оС и скорости вытяжки до 1м/с потери в оптических волокнах с легированной GeO₂ сердцевиной удалось уменьшить до 0, 16 дБ/км и 0, 29 дБ/км на длинах волн 1550 и 1310 нм, соответственно.

Дальнейшее уменьшение затухания может быть получено в оптических волокнах с так называемой депрессированной оболочкой. В световодах такого типа потери a_р снижаются за счет уменьшения степени легирования сердцевины. Также уменьшаются потери, возникающие из-за дефектов, появляющихся при вытяжке волокна, т.к. сердцевина и оболочка лучше согласованы по вязкости.

Нормы коэффициента затухания стандартных одномодовых ОВ

Учет особенностей спектра затухания необходим при проектировании ВОЛП с ВОСП-СР.

Параметры коммерческих волокон можно рассмотреть на примере одномодового ОВ SMF-28e+ производства компании Corning.

Следует учесть, что вышеприведенные значения не учитывают дополнительное затухание, которое может возникнуть при производстве оптического кабеля.

В настоящее время максимально-допустимыми значениями коэффициента затухания для стандартных одномодовых ОВ, уложенных в кабеле, являются

a(l=1310 нм) < 0.36 дБ/км a(l=1550 нм) < 0.22 дБ/км

Спектр коэффициента затухания оптического волокна со смещенной ненулевой дисперсией LEAF производства Corning.