РАСЧЕТ ЗАТУХАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ И РАСЧЕТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА

Общие положения

Затухание в оптическом волокне – это мера ослабления оптической мощности, распространяемой вдоль оптического волокна. Затухание является важнейшим параметром оптических кабелей. Оно определяет максимальную длину регенерационного участка, то есть расстояние, на которое можно передавать оптический сигнал без усиления.

Затухание обусловлено собственными потерями в волоконном световоде и дополнительными потерями, так называемыми кабельными, , обусловленными скруткой, а также деформацией и изгибами оптических волокон при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления ОК:

(4.1)

Собственные потери волоконного световода состоят из потерь поглощения и потерь рассеяния [5]:

(4.2)

Потери, возникающие при распространении сигнала по волоконному световоду, объясняются тем, что часть мощности, поступающей на вход световода, рассеивается вследствие изменения направления распространения лучей на нерегулярностях и их высвечивания в окружающее пространство (), другая часть мощности поглощается как самими молекулами кварца (), так и посторонними примесями (), выделяясь в виде джоулева тепла. Примесями могут являться ионы металлов (никель, железо, кобальт и др.) и гидроксильные группы (OH), приводящие к появлению резонансных всплесков затухания. В результате суммарные потери определяются из выражения:

(4.3)

Затухание за счет поглощения связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой, существенно зависит от свойств материала оптического волокна () и рассчитывается по формуле:

, (4.4)

где n₁ - показатель преломления сердцевины волокна;

λ - рабочая длина волны,км;

tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь материала сердцевины ОВ (tgδ=2∙10^-12).

Потери рассеяния обусловлены неоднородностями ма­териала волоконного световода, расстояния между которыми меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления. Вели­чина потерь на рассеяние, называемое рэлеевским, определяется по формуле:

, (4.5)

где К_Р - коэффициент рэлеевского рассеяния (для кварца равный 0,8 (мкм⁴·дБ)/км).

Потери на рэлеевское рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих волоконным световодам. Этот предел разли­чен для различных волн и с увеличением длины волны уменьшается. Потери на поглощение растут линейно с увеличением частоты, а поте­ри на рассеяние существенно быстрее – по закону λ^-4.

Для изготовления волоконных световодов применяются кварцевые стекла, представляющие собой чистый кварц с добавками. Главная проблема заключается в получении достаточно чистых исходных материалов, из которых плавится стекло, и поддержании этой чистоты во время всего технологического процесса. Для получения материала необходимой чистоты используют метод химического парофазного осаждения, который отличается высокой экономичностью и относительно прост в реализации. Чистота заготовки достигается при помощи так называемого парового давления. Данная технология позволяет изготавливать оптические волокна с минимальным затуханием вплоть до 0,18 дБ/км в диапазоне 1550 нм, что близко к теоретическим показателям для кварца.

Характеристика затухания стандартного одномодового волокна приведена на рис. 4.1.

Потери в ОВ из-за его геометрии обу­словливаются нерегулярностями границы раздела "сердцевина-оболочка", вариациями размеров поперечного сечения, микроизги­бами (небольшими хаотически распределенными изгибами, связан­ными с нанесением защитного покрытия и сборкой кабеля), изгиба­ми при прокладке кабеля.

Рисунок 4.1- Спектральный диапазон одномодового волокна стандарта G.652

На практике, при строгом контроле процессов изготовления ОВ и путем совершенствования конструкции кабеля, потери на нерегулярностях и микроизгибах можно сделать пренебрежимо малы­ми, если радиус кривизны изгиба превышает несколько сантимет­ров.

На основании вышеизложенного можно сказать, что кабель­ными потерями () и потерями при наличии посторонних примесей (), из-за их незначительной величины при строгом соблюдении технологического процесса изготовления ОВ, можно пренебречь.

Тогда формула (4.3) для расчета затухания оптического волокна примет вид:

(4.6)