Материалы для изготовления волоконных световодов

Основные теоретические сведения

МОНТАЖ ВОЛОКОННО – ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ

Цель работы: изучить конструкцию волоконно-оптических кабелей, аппаратуру и оборудование для монтажа волоконно-оптических кабелей, научиться сращивать волокна оптического кабеля.

В волоконно-оптических системах передачи информационные сигналы распространяются по оптическим кабелям. Основным элементом оптического кабеля является оптический волновод – круглый стержень из оптически прозрачного диэлектрика, структура которого обеспечивает распространение вдоль него световых сигналов. Оптические волноводы из-за малых размеров поперечного сечения обычно бывают волоконными световодами (ВС) или оптическими волокнами (ОВ). Первый термин обычно применяется при исследовании вопросов передачи информации с помощью законов оптики, тогда как второму отдается предпочтение при рассмотрении конструктивных и технологических особенностей оптических кабелей.

Для связи по оптическому волокну (рис. 49) используются видимые лучи (0,4…0,75 мкм) и ближний диапазон инфракрасных лучей (0,85;1,3;1,55…6 мкм). При этом возможна передача большого числа различных типов волн – мод (m). Исходя из двойственной природы света (лучевой и волновой) различным типам волн (модам) соответствует различное число лучей. Одномодовой передаче соответствует один луч (рис. 50, а), а многомодовой – два и более (рис. 50, б)

Рис 49. Оптическое волокно

Одномодовый режим возможен при l » d, l < d.

Достоинства одномодовых систем:

· малая дисперсия (искажение сигналов);

· большая пропускная способность;

· большая дальность передачи;

· отсутствие модовых искажений.

Свойства оптического кабеля (ОК) определяются, главным образом, двумя характеристиками: затуханием и дисперсией. Затухание ограничивает длину регенерационных участков и дальность передачи по кабелю. Дисперсия приводит к искажению передаваемых сигналов и определяет частотную ширину тракта и пропускную способность кабеля.

Затухание ОК на волне 0,85 мкм – 3–5 дБ/км;

1,3 мкм – 1 дБ/км;

1,55 мкм – 0,5 дБ/км.

Полоса пропускания для многомодового ОК – 300 МГц км;

градиентного – 800 МГц км;

одномодового – 5000 МГц км.

В настоящее время волоконные световоды изготовляют из кварцевого стекла (волокно «кварц–кварц») с добавлением компонентов. В некоторых случаях применяют полимерные волокна.

Иногда сердцевины ОВ выполняют из кварцевого или многокомпонентного стекла, а оболочку из полимера (например, волокна “кварц – полимер”). Из кварцевого стекла изготовляют волокна высокого качества, достоинства которого перед другими видами оптически прозрачных диэлектриков состоит в том, что оно обладает наименьшими потерями на поглощение. Для создания необходимой разности показателей преломления сердцевины и оболочки волокна кварцевое стекло легируют соответствующими веществами, например оксидами германия, фосфора, бора и др. Так для увеличения показателя преломления сердцевины двухслойного волокна в состав SiO₂ входят легирующие добавки. Требуемую разность показателей преломления сердцевины и оболочки можно получить, уменьшая показатель преломления кварца путем легирования его веществами, понижающими показатель преломления, например, двуокисью бора B₂О₃. Другая возможность понижения показателя преломления заключается в добавлении фтора в плавленный кварц. Полимерные волокна имеют более высокие потери, чем стеклянные. Например, в лучших волокнах из полиметилнетокрита затухание составляет около 20 дБ/км. Однако полимерные волокна очень дешевы и отличаются высокими механическими характеристиками. Это позволяет широко использовать полимерные волокна в оптических линиях малой протяженности.