ЖУРНАЛ «СТА» №4/2002

78 СТА 4/2002 www.cta.ru оптоволокна с меньшим показателем преломления, поэтому на выходе опто- волокна они появляются почти одно- временно с лучами, распространявши- мися вдоль оси через область с макси- мальным значением показателя пре- ломления. Градиентное оптоволокно широко используется при построении локальных сетей и в коммуникациях, требующих широкой полосы пропуска- ния, например, при передаче видеоизо- бражения. При этом наиболее распро- странённые значения отношения диа- метра ядра к диаметру оптической обо- лочки составляют 50/125, 62,5/125. Для многомодового световода важной ха- рактеристикой является также ширина полосы пропускания волокна в пере- счёте на километр его длины, называ- емая коэффициентом широкополосно- сти. Например, величина этого коэф- фициента, равная 600 МГц·км (стан- дартное многомодовое волокно фирмы Siemens для длины волны до 1300 нм) говорит о том, что на расстояние в 1 км может быть передан сигнал в полосе ча- стот до 600 МГц или на расстояние 2 км — в полосе до 300 МГц, то есть произведение длины линии передачи на ширину полосы частот сигнала должно быть величиной, меньшей или равной коэффициенту широкополосности. Для одномодового волокна сущест- венным является другой вид дисперсии – материальная дисперсия (или молеку- лярная). Если вспомнить формулу (2), то очевидно, что для разных длин волн (для источников излучения характерна определенная ширина спект- ра для заданного значения ра- бочей частоты) показатель преломления также различен. Таким образом, даже в рамках одной моды скорость распро- странения в оптоволокне для разных значений частот спек- тра рабочей частоты различна. Этот вид дисперсии присутст- вует и в многомодовом опто- волокне, но им, по сравнению с межмодовой дисперсией, можно пренебречь. Еще один вид дисперсии — волноводная дисперсия — так- же является существенным для одномодового волокна. По су- ществу этот вид дисперсии связан с тем, что заметная часть оптической мощности (до 20% от общей мощности) распространяется по оптичес- кой оболочке, имеющей от- личный от ядра показатель преломле- ния, что делает её скорость иной, чем при распространении в ядре. Суммар- ную дисперсию, включающую в себя материальную и волноводную, называ- ют хроматической дисперсией. Хрома- тическая дисперсия обозначается как D ( λ ) и выражается в единицах пс/(нм × км). Для одномодового волокна, в отличие от многомодового, где опери- руют понятием коэффициента широко- полосности, спецификация хроматиче- ской дисперсии необходима. Типовое значение для стандартного одномодово- го волокна: D (1310 нм) < 1,8 пс/(нм × км). Приблизительная оцен- ка ширины полосы пропускания (BW) через величину одномодовой дисперсии может быть получена из выражения: BW = 0,187 / ( D ( λ ) × SW × L) (9) Здесь SW — ширина спектра излуча- теля [нм], L — длина волокна [км]. Из приведенных выражений (6) и (8) хорошо видны основные технологиче- ские пути решения вопроса получения одномодового режима: это уменьше- ние диаметра сердечника, уменьшение разности показателей преломления сердечника и оптической оболочки, увеличение длины волны источника излучения. Реально компромисс следу- ет искать только между первыми двумя параметрами. С увеличением диаметра улучшаются условия для ввода повы- шенной мощности и условия сочлене- ния отрезков волокна, одновременно с этим необходимо выбирать малое зна- чение разности показателей преломле- ния ядра и оптической оболочки, что, в свою очередь, приводит к ухудшению распространения основной моды и по- вышенной чувствительности к внеш- ним воздействиям (например изги- бам). При большой разности показате- лей преломления сердечника и оболоч- ки маленький диаметр сердечника по- вышает требования к точности стыков- ки отрезков волокна. В современных одномодовых волокнах диаметр сер- дечника составляет порядка 6…10 мкм, а разность показателей преломления n 1 – n 2 = 0,003...0,005. Одномодовый режим работы для заданной длины волны реализуется при диаметре во- локна, соизмеримом с длиной волны. Всё это приводит к тому, что световой пучок отражается от поверхности сер- дечника реже, вызывая меньшую дис- персию. В результате одномодовое во- локно по сравнению с многомодовым имеет существенно меньший коэффи- циент затухания и большую пропуск- ную способность (на сегодняшний день по грубой оценке более 10 Гбит/с против 2,5 Гбит/с), но само одномодо- вое волокно, а также соответствующие приёмники и передатчики стоят доро- же, чем многомодовые. П ОТЕРИ В ОПТИЧЕСКОМ ВОЛОКНЕ Потери оптической мощности (или затухание) являются результатом по- глощения света материалом световода, рассеяния в местах микро и макроиз- гибов, а также отражения на концах световода. Коэффициент затухания, отражающий потери оптической мощ- ности, обозначается α и измеряется в дБ/км. Величину потерь оптической мощ- ности в оптоволокне можно рассчитать из соотношения (10), носящего назва- ние закона Бугера. P L = P 0 e – α L (10) Здесь P L — величина потерь мощнос- ти на длине L , P 0 — величина введен- ной мощности. Учитывая, что мощность на выходе оптоволокна меньше, чем на входе, зна- чение потерь, выраженное в децибелах, будет иметь знак минус, который часто опускается в тексте. Для современных типов одномодового оптоволокна вели- чина коэффициента затухания при дли- не волны 1,3 мкм лежит в диапазоне 0,4…0,45 дБ/км. Для многомодового во- локна величина коэффициента затуха- ния при той же длине волны составляет 0,6…1,0 дБ/км. Например, для стан- В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Сигнал на входе оптоволокна Выходной сигнал с допустимыми искажениями Выходной сигнал с искажениями, приводящими к потере информации Рис. 6. Искажение передаваемого сигнала вследствие межмодовой дисперсии