Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

1. Основы распространения света в ОВ

1.3.2. Изгибные и микроизгибные потери

         До сих пор мы рассматривали собственные потери, присущие ОВ, растянутому в виде прямой линии. Однако при изгибе ОВ его потери начинают быстро расти при приближении радиуса петли к критическому радиусу, как это видно из рис. 1.16 и нижеследующей формулы:

                                                 (1.9),

где R – радиус изгиба, Rc– критический радиус изгиба равный

                                                                                 (1.10),

где a радиус сердцевины, NА – числовая апертура ОВ.

Рис. 1.16. Зависимость пропускания света от диаметра петельки (одиночной) в стандартном одномодовом волокне (SM), измеренная на λ = 1,3 мкм

Потери при изгибе волокна обусловлены двумя причинами. Во-первых, потери возникают в месте соединения прямого и изогнутого волокна. Обусловлены они тем, что в изогнутом волокне центр модового пятна смещен относительно оси волокна на некоторую величину d, зависящую от радиуса изгиба волокна. В результате модовые пятна прямого и изогнутого волокна в месте их соединения оказываются смещенными друг относительно друга также на величину d (рис. 1.17). Поэтому только часть мощности моды "прямого" волокна передается моде изогнутого волокна, а остальная мощность преобразуется в оболочечные моды и, в конечном счете, теряется.

Рис. 1.17. Схема, поясняющая причину возникновения потерь при соединении прямого и изогнутого волокна:

а) в изогнутом волокне центр модового пятна смещен относительно оси волокна на некоторую величину d,

б) в месте соединения прямого и изогнутого волокон их модовые пятна смещены относительно друг друга на величину d

Во-вторых, мощность теряется и непосредственно в изогнутом волокне. Происходит это из-за того, что в изогнутом волокне периферийная часть моды распространяется со скоростью больше скорости света, эта часть моды излучается в оболочку волокна и, в конечном счете, теряется (рис. 1.18). Величина этих потерь тем выше, чем больше число витков изогнутого волокна и чем меньше радиус его изгиба.

Значительное увеличение потерь в ОВ может быть обусловлено наличием микроизгибов, которые могут появиться, например, при многослойной намотке волокна с мягкой оболочкой на барабан с большим натяжением, когда волокно пересекает другие волокна, как это показано на рис.1.19. При этом возможен небольшой, но многократный изгиб оси волокно, что и вызывает дополнительные потери, о которых говорилось выше. Микроизгибы могут возникать также и за счет усадки защитного покрытия после его полимеризации, т.к. коэффициент линейного термического расширения (КЛТР) полимеров значительно больше КЛТР кварцевого стекла. Для устранения этого явления защитное покрытие делают двухслойным: первичное – мягким, а вторичное – жестким. Величина микроизгибных потерь пропорциональна отношению a4/b6, где а – диаметр сердцевины, а b – диаметр волокна.

Рис. 1.18. Схема, поясняющая возникновение потерь в изогнутом волокне: 1 - оболочка, 2 – сердцевина, 3 – плоскость фазового фронта, *- точка, где скорость распространения фазового фронта превысила скорость света в среде

Рис. 1.19. Волоконный световод, соприкасающийся с шероховатой поверхностью (микроизгиб)

Коэффициент затухания на рабочей длине волны, как важнейший параметр, обязательно приводится в паспорте на каждый образец ОВ, при этом часто указывается и зависимость затухания от величины изгиба волокна и величина усилия при многослойной намотке ОВ на транспортный барабан.



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.