Устройство влакна показано. Вътрешната част се нарича влакнеста сърцевина (ядро, понякога се превежда като "ядро"), външният - обвивката на оптичното влакно, или черупка (облицовка). В зависимост от леки размножаване пътеки разграничат един вид и многомодовото влакно. Многомодовото влакно (мулти режим влакна, MMF) има относително голям диаметър на сърцевината - 50 или 62,5 микрона с диаметър обвивка от 125 микрона или 100 микрона с корпуса 140 микрона. един вид влакно (един вид влакно, СМФ) има диаметър на сърцевината от 8 микрона или 9.5 с еднакъв диаметър на корпуса. Извън черупката има защитно покритие (покритие) 60 микрона дебелина, наричан също защитна обвивка. Оптичната вълновод (ядро в черупка) със защитно покритие, наречен оптично влакно. Оптични влакна се характеризира предимно от диаметъра на сърцевината и обвивката, тези размери са записани в микрометра. чрез фракция: 50/125, 62,5 / 125, 100/140, 8/125, 9.5 / 125 микрона. Външният диаметър на влакното (с покритие) също е стандартизиран в далекосъобщителните влакна се използват главно до 250 микрона в диаметър. И прилага като влакна, покрити с буфер, или само буфер (Бътлър) с диаметър от 900 цт, покритие на първичния покритието е 250 микрона.
Разглеждане на разпространение на светлината във влакното. За лъч се разпространява по протежение на влакното, той следва да влезе в нея под ъгъл от не повече от определена критична по отношение на оста на влакна, т.е. влиза въображаемата входа: конц. Задължително този критичен ъгъл се нарича числовата апертура на влакното и NA се определя от абсолютните пречупване индексите на слоевете съгласно формула
В индекси сърцевина многомодовото влакно пречупване проверено и Ноб обвивка - се различават само с 1-1.5% (например, NC: Ноб 1515 = 1.50.). Когато този отвор NA = 0,2-0,3, а ъгълът при което лъчът може да влезе в оптично влакно не надвишава 12-18 ° от оста. Индексите на единични режим влакна пречупване варират още по-малко (NC. Ноб = 1,505. 1,50), апертура NA = 0122 и ъгълът не надвишава 7 ° от оста. Колкото по-голям отвор, толкова по-лесно да се въведе лъча във влакното при това увеличава модален дисперсията и на честотната лента е стеснен (вж. По-долу). Числовата апертура на оптичните компоненти характеризира всички капе - влакна, източници и радиационни детектори. За да се намали загубата на енергия бленда свързани елементи трябва да бъдат съгласувани помежду си.
Строго погледнато, разпространението на сигнала в оптичното влакно е описан от уравненията на Максуел. Възможни решения на уравненията на Максуел, съответстват на различни светлинни режима. В повечето случаи можете да използвате за сближаване на геометричната оптика. Ако ние считаме, разпространението на сигнала от гледна точка на геометричната оптика, светлинните лъчи, които влизат под различни ъгли, ще се разпространят по различни траектории. По-високи режими съответстват на лъчи, които влизат в голям ъгъл, - те ще имат по-голям брой вътрешни отражения върху начина, по влакното и ще отнеме по-дълго път. Броят на режима за конкретен влакна зависи от неговата структура - и индексите на ядрото и облицовъчни диаметрите на пречупване - и дължина на вълната.
Светлинният импулс преминава през влакно, поради ефектите на дисперсия ще се променят формата си - "намазва". Дисперсия е от три вида: модален молекулно и вълна.
дисперсия режим (модален дисперсия) се дължи на разликата в дължините на пътеките в многомодовото влакно преминават от лъчи на различни режими. Тази дисперсия се определя като разлика във времето на разпространение на единица дължина на влакна в различни режими, за типични й стойности на 15-30 NS / km за влакното със степенен профил. Тя може да се намали чрез намаляване на броя на режимите - намаляване на диаметъра на ядрото (в границите на един режим). Освен това, тази дисперсия намалява използването на градиент индекс профил. Както се вижда на фигурата, използването на ядро с градиент на пречупване промяна индекс в многомодовото влакно може да намали броя на видовете, а оттам и намаляване на нарушаването на изходния импулс. Освен това, лъчите, идващи през дългия път, значителна част от пътя минават през средата с по-ниска плътност на застрояване - над тяхната скорост, и те идват почти едновременно с лъчи по-кратки траектории.
Спектрален дисперсия, наричан също молекулно или материал, което се дължи на факта, че вълните с различни дължини са разпределени в същата среда с различна скорост, поради особеностите на молекулна структура. Тъй като източникът не излъчва една и съща дължина на вълната, и обхвата (макар и тесен), различни дължини на вълните лъчи ще достигнат до приемника по различно време. В областта на около 850 пМ къса дължина на вълната във влакното се движат по-бавно от дълго. В нанометра региона на 1550 ситуацията е обратна. В района около 1300 пМ нула дисперсия. Молекулното дисперсия се определя като разлика във времето на преминаване на влакното, но излъчване на различни дължини на вълните, разделени от разликата на дължината на тези вълни, и дължина на влакната (единица - PS / Nm / km). Молекулно дисперсия е от съществено значение за един режим влакна (многомодовото в неговия ефект дискретно). Намаляване на неговия ефект може да бъде намаляване на честотната лента на радиационен източник и избор на оптималната дължина на вълната.
дисперсия вълноводни за един вид влакна ток, причинено от разликата на размножаване скорости на ядрото и обвивката.
влакна един режим, в допълнение към стъпка индекс, използван по-сложна: W-образна форма с два етапа двойно-покрити depressirovannoy и триъгълна - най-ефективно подтискане на паразитен начин. Това се постига намаляване на ефектите дисперсия в предава формата на сигнала, за които тези влакна се нарича Вярно вълна - вълна вярно.
предава режим - един режим или мулти-режим - се определя чрез въвеждане на светлина във влакното (инжекция), структурата влакно и дължина на вълната източник. Входно светлина за един вид тесен лъч трябва да се извършва точно по оста на влакна, само тук може да се използва като лазерен източник. За предаване на мултимодален може да се използва и по-евтино LED източник на замърсяване с широка посока модел. Предаване в единичен режим е възможно само при дължини на вълните по-голяма от прагова стойност (прекъсване дължина на вълната). Този праг се определя от дължината на вълната на структурата на влакната (диаметър на сърцевината). За един режим на предаване влакна при дължина на вълната 1300 нм има праг дължина на вълната от около 1200 микрона. Следователно, в този влакна при дължина на вълната 850 нм, предаване в единичен режим е възможно. При предаване на лъч един режим се предава и на вътрешността на корпуса, така че нейната прозрачност, както и прозрачността на сърцевината засяга затихване. Тук светлинния лъч се характеризира с диаметър на място на режим - площта на напречното сечение влакна, чрез което се разпределя (повече от ядрото). В многорежимен влакна светлина през черупката не излиза, така че неговата прозрачност не е от значение.
При работа на източника на лазер в многомодово влакна при определени условия на хомогенностите лъч може да бъде разделен на няколко режима на посадъчния в силно различаващи се траектории. Тази разлика ефект на прехвърлен закъснения, DMD (диференциален режим на изчакване), води до трептене (трептене) на сигнала при приемащата края, степента на което зависи от дължината на влакната. DMD ефект в действие наподобява дисперсия режим. Ефект DMD за влакна с градиент индекс на пречупване профил може да бъде смекчена ако гредата не се прилага точно в центъра на ядрото и изместено от оста на 10-15 микрона. Заместването се извършва или в предавател или специален преход кабел МСР (медии кондициониране кръпка кабел).
За съществува концепция mpogomodovogo влакна разпределение режим равновесие - PPM, то съответства на английски термин EMD (разпределението режим равновесие) на. Ефективността на предаване на енергия в различни режими - висока загуба режими по-големи загуби ниска. В реални влакна, дължащи се на огъване и нередности като светофар могат да преминат от един вид в друг. В притиснат влакна в трансфера на енергия участва и неефективен начин. Само режими с ниска ред се използват в nenapolieinom фибри. Първоначално модален разпределение се определя от източник на светлина: LED обикновено завладява влакна лазер не е изпълнен влакна. Тъй като разстоянието от източника, пороен равновесие влакна състояние разпределение на режима възниква (PPM), и допълнителни преходи появява. Интересното е, че равновесието преди затихването на единица дължина пропорционален на дължината на влакното и след настъпването - квадратния корен на дължина. За PPM стъклени влакна възниква на разстояние, измерено в километри, за пластмаса - м. Степента на запълване влакна отразява резултатите от измерване на неговите характеристики, както и резултатите от измерване на загубите, въведени от възел.
Измерване на вмъкване загуба за връзка по отношение на PPM даде по-голямо значение, но тя отразява реалното отслабване въведена на кръстопътя на дългата опашка. PPM да се постигне малка дължина може да се постигне чрез обвиване на влакната около прът 5 пъти, диаметърът на които е равно на два пъти минималното допустимо (за дадена влакна) радиус на огъване.
оптичен сигнал мощност се измерва в логаритмични единици стока (децибели да milliwatt): ниво 0 стока съответства на сигнал с мощност от 1 MW. Понякога се използва dBmk единица: dBmk ниво 0 съответства на сигнал с мощност от 1 MW.
Загуба (загуба) на сигнал във всеки елемент определя чрез съотношението изход тълпа мощност Pin вход както за
"Минус" знак в предната част на логаритъм дава възможност да изразите затихване положителни стойности. Тогава по-затихване ще съвпадне и голяма загуба на сигнал, който е удобен за изчисления.
По пътя на разпространение е неговата затихване поради разсейване и абсорбция. Абсорбция - трансформация в топлинна енергия - възниква по време на импрегниране примеси; чистачката на стъклото, така че загубата е по-малко. Разсейване - лъч извежда от влакното - огъването се среща в влакната, когато по-високи видове лъчи напускащи разсейване на влакната се среща в microbending и други повърхностни дефекти медии граница.
За отбелязване на затихването на единица дължина на влакна (db / km), и за получаване на стойности на затихване в определен ред затихването на единица дължина, умножена по нейната дължина. Затихване тенденция да намалява с увеличаване на дължината на вълната, но зависимостта не е монотонна, който се вижда на графиката по-долу това се вижда прозорец прозрачност многорежимен влакна в региони с дължина на вълната от 850 микрометра и 1300 микрометра. За един режим влакна прозорци са в диапазоните, 1500-1600 и около 1300 микрона. Естествено, за да се подобри ефективността на апаратите за комуникация е конфигуриран от дължината на вълната, която е в един от прозорците. Един вид влакно се използва за вълните 1550 и 1300 пМ, с типичен затихване на единица дължина е 0.25 до 0.35 db / km съответно. Многомодовото влакно се използва за 1300 и 850 ги вълна където затихването на единица дължина - 0.75 и 2.7 db / км.
В оптичната трансмисия от най-трудните задачи, свързани с краищата на влакната и снадките. Това поколение на светлинните импулси и им въвеждане в получаването на влакна и откриване на сигнали, както и "само" взаимосвързани сегменти връзка влакна. инцидент лъч на края на влакна, не е включен в движение: тя е частично отразява обратно част преминава енергия, разсеяна от дефекти (грапавост) на крайна повърхност на част от "пропуска" от конус, получаващи светлина. Същото се случва в изходния сноп от влакна. В резултат на това всяка съвместна прави сигнал преминаване загуба (типична стойност на 0.1-1 db) и отразява нивото на сигнала може да бъде между 15-60 децибела. За да се намалят загубите и разсъждения използват различни конструктивни изобретения. Помислете за основните източници на проблеми в ставите.
Когато лъч, преминаващ през границата на две среди с различни коефициенти на пречупване, нейното частично ретроотражение. Това отражение, наречена Френел, толкова повече, толкова по-различни индекси на рефракция (без значение по какъв начин). За чифт загуби стъкло въздух в отражението Fresnel при нормална честота е 0,17 db. По този начин, на кръстовището на двете влакна с най-малко загуба на въздушната междина само по това отражение размер на 0,34 db (стъкло въздух стъкло). В режим mpogomodopom когато светлината пада върху интерфейса не са перпендикулярни, загубите ще бъдат по-големи. За да се разреши този отражение в процепа между влакната се въвежда капка гел съвпада с индекса на пречупване стъкло. ретроотражение на подвижни стави се намалява и по други начини.
Загубите в съединения, съставени от действителната отслабване и загуба на възможни Lossc диаметрите несъответствие и отворите на свързаните елементи. Загуба на диаметрите на несъответствия възникват, когато диаметърът на приемния елемент (D2) по-малък от диаметъра на елемента за предаване (D1). след това
Загуба, изчислена в съответствие с тази формула ще има положителна стойност. Ако D2> = D1 тези загуби не. За многомодовото влакно в тази формула участват диаметър на сърцевината за един режим - диаметрите на петната на режима.
Загуба на числени отвори възникнат несъответствия при получаване елемент отвор (NA2) е по-малък от диаметъра на елемента за предаване (НА1). след това
Ако NA2> = NA1 тези загуби отсъстват.
Тъй като реални влакната не са идеално кръгло напречно сечение, концентрично с загуби произтичат от докинг-на закръгленост и ексцентричност на влакната допиращите влакна. Освен това, загуба причинена от ъгловото отклонение на осите на влакната. Всички тези недостатъци са, разбира се, може да се увеличи само преходна загуба. Фигурата по-долу илюстрира тези загуби, ефективно защрихованата област (и конус) предаване на светлинна енергия - загуби е по-голям по-малък областта. Ако прокара между допиращите влакната е въздушна междина, допълнителното отслабване въведена, увеличаване почти линейно с увеличаване на празнина. Това явление се използва в шумозаглушители. По-голямата отвора на влакното, толкова повече се увеличава с увеличаване на затихването на празнината. Допълнителни загуби произтичат от nonparallel самолети и чипове, както и грапавостта на чипове.
Странното е, че влакното може да се направи не само амортисьорите, но също така и за усилване на сигнала. Въз основа на дължината на влакната на ербий легиран възможно да се създаде чисто оптичен усилвател на сигнала. Усилвател EDFA (ербий-легирани усилвател влакна) увеличава мощността преминава оптичен сигнал с дължина на вълната 1550 пМ па 30-40 дБ поради оптична енергия от лазер помпа с дължина на вълната 980 нм. Такъв усилвател е лесен за използване от електронен усилвател с приемника и предавателя. Освен това, тъй като тя повишава чисто оптичен сигнал, че няма проблеми със скоростта. Erbium усилватели се използват дълги тръби.