СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет автоматики и телекоммуникаций
Кафедра экспериментальной физики
Методические указания к выполнению
Контрольной работы по дисциплине
«Оптические системы связи»
Для студентов специальности
«Радиосвязь, радиовещание и телевидение»
Составил:
К.ф.-м.н., доцент
С.М.Сысоев
Сургут, 2007
Расчет параметров волоконных световодов
Расчет показателя преломления компонентов волоконного световода
При оценки показателя преломления стекол необходимо учитывать его зависимость от длины волны, т.е. спектральную зависимость, которая для диапазона длин волн 0,6-2,0 мкм характеризуется трехчленной формулой Селмейера:
,
где 
и 
(
=1, 2, 3) - коэффициенты, значения которых находятся экспериментально; l - длина волны, мкм.
Для изготовления световодов применяют кварцевые стекла с добавками окиси германия, фосфора, повышающими показатель преломления кварца, и добавками окиси бора, фтора, понижающими показатель преломления стекла. Значения коэффициентов и для стекол различных составов приведены в табл. 1.
При определении показателя преломления основных компонентов волоконного световода, необходимо учитывать, что в качестве материала светоотражающей оболочки, как правило, применяется чистое кварцевое стекло (SiO2), а для изготовления сердечника - легированный кварц.
Таблица 1
Значения коэффициентов 
и для стекол различных составов
| Cостав стекла | Тип коэффициента | Значение коэффициента при , равном
| ||
| SiO2 |  
| 0,6961663 0,0684043 | 0,4079426 0,1162414 | 0,8974794 9,896161 |
| 13,5% G2O2 86,5% SiO2 | 
| 0,73454395 0,08697693 | 0,42710828 0,11195191 | 0,82103399 10,846540 |
| 9,1% G2O2 7,7% B2O3 83,2% SiO2 |
| 0,72393884 0,085826532 | 0,41129541 0,10705260 | 0,79292034 9,3772959 |
| 13,5% Be2O3 86,5% SiO2 |
| 0,67626834 0,076053015 | 0,42213113 0,11329618 | 0,58339770 7,8486094 |
| 3,1% G2O2 96,9% SiO2 |
| 0,7028554 0,0727723 | 0,4146307 0,1143085 | 0,8974540 9,896161 |
| 3,0% Be2O3 97,0% SiO2 |
| 0,6935408 0,0717021 | 0,4052977 0,1256396 | 0,9111432 9,896154 |
| 3,3% G2O2 9,2% B2O3 87,5% SiO2 |
| 0,6958807 0,0665654 | 0,4076588 0,1211422 | 0,9401093 9,896140 |
| SiO2 (с гасящими добавками) |
| 0,696750 0,069066 | 0,408218 0,115662 | 0,890815 9,900559 |
| 9,1% P2O5 90,9% SiO2 |
| 0,695790 0,061568 | 0,452497 0,119921 | 0,712513 8,656641 |
| 1,0% F 99,0% SiO2 |
| 0,691116 0,068227 | 0,399166 0,116460 | 0,890423 9,993707 |
| 16,9% NaO2 32,5% B2O3 50,6% SiO2 |
| 0,796468 0,094359 | 0,497614 0,093386 | 0,358924 5,999652 |
Оптические свойства выбранных материалов сердечника и оболочки должны обеспечивать одномодовый режим работы волоконного световода. Для этого необходимо рассчитать значение нормированной (характеристической) частоты:
,
где 
- радиус сердечника световода, мкм; 
- длина волны, мкм; n 1 - показатель преломления сердечника; n 2 - показатель преломления оболочки.
Если нормированная частота 
2,405, то в световоде распространяется лишь один тип волны НЕ11, и компоненты волоконного световода выбраны правильно.
Если 
2,405, то в световоде устанавливается многомодовый режим работы. Тогда необходимо осуществить повторный выбор материалов сердечника и оболочки, которые обеспечивали бы существование лишь одной моды в оптическом волокне.
Расчет числовой апертуры световода
Важной характеристикой световода является числовая апертура 
(Numerical Aperture), которая представляет собой синус от апертурного угла (
).
Апертурный угол - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, воздействующего на торец световода.
Числовая апертура рассчитывается по формуле:
,
где 
- относительная разность показателей преломления.
От значения зависят эффективность ввода излучения лазера в световод, потери на микроизгибах, дисперсия импульсов, число распространяющихся мод.
Чем больше у волокон 
, тем больше , чем легче осуществлять ввод излучения от источников света в световод.
Оптические кабели применяемые для магистральной связи должны иметь числовую апертуру <0,2.