Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

6. Специальные ОВ

         Как уже отмечалось во введении, ОВ находят в настоящее время широкое применение не только в ВОСПИ, но и в различных волоконо-оптических датчиках (ВОД) физических величин и в волоконно-оптических устройствах (ВОУ). Специфика этого применения требует создания ОВ с особыми свойствами. К числу таких специальных ОВ, формируемых, в основном, (как и телекоммуникационные ОВ) на основе высоко чистого кварцевого стекла, относятся в первую очередь: ОВ, сохраняющие поляризацию излучения; активные ОВ; радиационно-стойкие ОВ и микроструктурированные ОВ. Ниже рассмотрим основные характеристики данных ОВ и технологию получения заготовок этих ОВ, т.к. сами волокна вытягиваются из заготовок на обычной вытяжной установке, описанной в гл. 4.

6.1. ОВ, сохраняющие поляризацию излучения

Свет, распространяющийся в одномодовых волокнах, можно представить в виде суммы двух поляризационных мод. Каждая поляризационная мода распространяется параллельно оси волокна со своим значением фазовой и групповой скорости. Фазовый фронт у мод плоский, а нормаль к плоскости фазового фронта параллельна оси волокна. Пространственное распределение полей у поляризационных мод волокна одинаковое (гауссово), а отличаются они тем, что поляризованы они ортогонально, как это видно из рис. 6.1. В идеальном ОВ эти моды должны распространяться с одинаковыми скоростями, т.е. должны быть вырождены.

Рис. 6.1. Распределение интенсивности (I(r)~exp[-2r2/(w/2)2]) и направление электрического поля Е в поляризационных модах волокна: 1 – сердцевина, 2 – оболочка, w – диаметр модового пятна, 2а – диаметр сердцевины

Однако в реальном световоде возможны некоторые дефекты: эллиптичность сердцевины, несоосность ее с осью волокна, микроизгибы, различные неизотропные напряжения, лежащие в плоскости перпендикулярной оси ВС, неоднородности по длине волокна и т.д. Все эти дефекты приводят к разным скоростям распространения ортогональных по поляризации мод, причем фазовые скорости этих мод обратно пропорциональны их ПП. Вследствие этого между поляризационными модами возникает фазовая задержка R (разность фазовых набегов мод). Длина ОВ, на которой фазовая задержка равна 2 , называется длиной биения. У современных ОВ высокого качества длина биения колеблется от 10 см до нескольких метров. Поэтому можно говорить о присущем ОВ двулучепреломлении (ДЛП), которое записывается как:

В = l / Lб = 1,55´10-4 / (10¸500) = 1,5´10-5 …3´10-7    (6.1),

где В –ДЛП, представляющее собой разность ПП двух поляризационных мод (Dn=nмедл. – nбыст.), Lб - длина биения на длине волны l. Таким образом, в телекоммуникационных ОВ Dn мало по сравнению с разностью ПП материалов сердцевины и оболочки, поэтому о поляризационной дисперсии в ОВ говорят только при больших скоростях передачи (> 10 Гбит/с). Однако передавать на значительные расстояния поляризованное, в частности, линейно-поляризованное излучение по телекоммуникационным ОВ нельзя.

Существует два различных подхода к созданию ОВ, сохраняющих поляризацию излучения: это волокна с малым ДЛП (соответственно большой длиной биения) и волокна с большим ДЛП, которое значительно больше ДЛП, свойственного обычному ВС.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.