ЖУРНАЛ «СТА» №4/2002

76 СТА 4/2002 www.cta.ru Под основными параметрами оптово- локна понимают профиль показателя преломления, число мод, потери опти- ческой мощности. П РОФИЛЬ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ Распределение значений показателя преломления вдоль диаметра попереч- ного сечения оптического волокна на- зывают профилем показателя прелом- ления. Различают оптические волокна со ступенчатым профилем, когда сер- дечник и оптическая оболочка имеют однородный (но разный!) показатель преломления, и с градиентным профи- лем, когда показатель преломления сердечника плавно уменьшается от центра к краям. У градиентных воло- кон отсутствует резкое изменение по- казателя преломления на границе ядра и оптической оболочки, что характер- но для ступенчатого профиля. Чаще всего у градиентных световодов про- филь показателя преломления близок к параболе, такие световоды называют параболическими. Для оптимизации работы на ка- койлибо одной длине волны использу- ется и более сложная структура профи- ля (рис. 4). М ОДЫ Строгое рассмотрение уравнений Максвелла, определяющих характер распространения света в оптоволокне, показывает, что в волокне может рас- пространяться ограниченное число ти- пов электромагнитных колебаний, на- зываемых модами. Каждая мода имеет характерные для нее структуру элект- ромагнитного поля, а также фазовую и групповую скорость. Напомню, что под фазовой скоростью понимается скорость перемещения фазы волны, а групповая скорость определяет ско- рость переноса энергии электромаг- нитной волной. Для свободно распро- страняющихся электромагнитных волн обе скорости эквивалентны и равны скорости света, в то время как для электромагнитных волн, перемещаю- щихся в оптоволокне, величины фазо- вой и групповой скорости различны и зависят от частоты колебаний, матери- ала оптоволокна и его геометрических параметров. Следствием влияния этих факторов является дисперсия. Разли- чают следующие виды дисперсии: ● материальную (молекулярную) дис- персию, обусловленную зависимос- тью показателя преломления мате- риала световода от длины волны из- лучения; ● волноводную дисперсию, определяе- мую длиной волны в оптическом волноводе и фактически зависящую от совокупности таких геометричес- ких параметров оптоволокна, как от- клонение от круглой формы сечения, непостоянство диаметра, несоос- ность ядра и оболочки, непостоянст- во показателя преломления по длине оптоволокна и т.п.; ● межмодовую (модовую) дисперсию, являющуюся результатом различной скорости распространения мод в многомодовом волокне. Моды характеризуются тем, что по- сле двух последовательных переотра- жений от границы сердечника и опти- ческой оболочки их электромагнитные поля оказываются в фазе. Если это ус- ловие не соблюдается, то волны, ин- терферируя, гасят друг друга. Являясь одним из возможных реше- ний уравнения Максвелла, мода высту- пает в качестве математического поня- тия, определяющего такую физичес- кую характеристику, как режим работы оптоволокна. Различают одномодовый и многомо- довый режимы работы волоконнооп- тических линий связи. Условием одно- модового режима, в котором по опто- волокну распространяется одна основ- ная мода, является выполнение нера- венства: F = (2 π × NA × r / λ 0 ) < F отс. (6) Здесь λ 0 — рабочая длина волны, r – радиус сердечника, F – нормированное значение рабочей частоты, F отс. — нор- мированное значение частоты отсечки В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Простой ступенчатый профиль W-образный профиль Треугольный профиль Сегментный профиль Профиль с пониженным показателем преломления Рис. 4. Профили показателей преломления для одномодового волоконного световода #37