Из всех возможных воздействий на оптическое волокно следует особенно выделить механические, так как все остальные приводят именно к ним.
Механические воздействия приводят как к увеличению коэффициента затухания, так и поляризационно-модовой дисперсии.
Все механические воздействия можно разделить на статические и динамические; к статическим относятся: изгибы, растяжения при хранении на барабанах, скручивание при изготовлении кабеля; к динамическим следует отнести: растяжение при воздействии ветра, сжатие и растяжение материалов при воздействии температур.
Изгибы делятся на микроизгибы и макроизгибы. Микроизгибы, согласно [3, с. 43], вызваны несовершенством волокна: искривлением оси при производстве; а так же недостаточной гладкостью внешних покрытий. Микроизгибы могут существенно увеличивать коэффициент затухания, так как существуют на всей протяжённости волокна. Изображение микроизгиба на оптическом волокне представлено на рисунке 1 [1, с. 24]. Периоды микроизгибов представляют собой единицы миллиметров либо сантиметров, амплитуда составляет доли либо единицы микрометров. [1, с. 23]
Рисунок 1. Микроизгиб оптического волокна
Макроизгибы – изгибы, возникающие при монтаже и укладке кабеля. Радиус такого изгиба обратно пропорционален величине потерь. Согласно [2, с. 17] потери, возникающие при изгибе оптического волокна, можно разделить на две составляющие: потери при переходе от прямого волокна к изогнутому и обратно, потери непосредственно на изгибе. Потери в месте соединения прямого и изогнутого волокон обусловлены смещением центра модового пятна в изогнутом волокне относительно оси волокна на некоторую величину, зависящую от радиуса изгиба, следовательно, моды оказываются смещёнными друг относительно друга, поэтому мощность моды прямого участка волокна передаётся моде изогнутого волокна не полностью. Та часть мощности, что не передалась преобразуется в оболочечные моды и теряется.
Изображение оптического волокна с макроизгибом представлено на рисунке 2 [1, с. 24].
Рисунок 2. Макроизгиб оптического волокна
Потери в изогнутом волокне обусловлены излучением периферийной части моды в оболочку волокна, из-за её распространения со скоростью большей скорости света в среде. Величина потерь непосредственно на изгибе зависит от радиуса изгиба и числа витков.
На величину потерь так же влияет длина волны излучения: при увеличении длины волны увеличивается диаметр моды, а значит, увеличивается часть моды, излучаемая в оболочку волокна [2, с. 18]. Так же для величины потерь имеют значение радиус сердцевины и разность показателей преломления сердцевины и оболочки оптического волокна.
Большинство вопросов, связанных с изгибами изучены недостаточно полно и требуют дополнительных исследований и экспериментов.
В СибГУТИ, в одной из лабораторий кафедры линии связи несколько лет назад была разработана установка для исследования влияния радиуса изгиба и количества витков на величину затухания.
При помощи этой установки, прибора типа оптический тестер и двух патчкордов фирмы Corning были проведены эксперименты по изучению влияния радиуса изгибов, числа витков на величину потерь мощности в оптическом волокне.
Лабораторная установка включает в себя семь катушек разного диметра, предназначенных для намотки на них патчкордов.
Для каждого из патчкордов проводилось исследование на двух длинах волн: 1310 и 1550 нм. На каждую из катушек наматывались один, два и три витка. Измерения проводились трижды, для каждого витка. Перед каждым измерением контролировался исходный уровень мощности. По результатам экспериментов вычислялся коэффициент затухания, как среднее арифметическое разностей уровней мощности с изгибом (изгибами) и без, для каждого вида измерений. Все измерения проводились с помощь оптического тестера марки «Photom». Данный оптический тестер включает в себя два источника излучения: 1310, 1550 нм, один измеритель мощности, представляющий результаты в дБм. Измерения проводились при одной температуре и влажности, точнее в одном и том же помещении.
Все результаты измерений сведены в таблицы 1, 2, 3.
Результаты измерений для пачкорда №2 на длине волны 1310 нм не приведены, так как не являются адекватными (при обработке результатов измерений как таковых потерь обнаружено не было, ни для одного из экспериментов).
На основе, приведённых таблиц построены графики, представленные на рисунке 3.
Таблица 1
Значение потерь для пачкорда №1, пр длине волны 1310 нм
| Номер катушки, диаметр | Число витков | Затухание, дБм | |
| №1
D=30 |
1 | -0,1 | |
| 2 | -0,167 | ||
| 3 | -0,203 | ||
| №2
D=26 |
1 | -0,3 | |
| 2 | -0,233 | ||
| 3 | -0,233 | ||
| №3
D=22 |
1 | -0,167 | |
| 2 | -0,273 | ||
| 3 | -0,167 | ||
| №4
D=18 |
1 | -0,24 | |
| 2 | -0,28 | ||
| 3 | -0,353 | ||
| №5
D=14 |
1 | -0,343 | |
| 2 | -0,527 | ||
| 3 | -0,683 | ||
| №6
D=10 |
1 | -1,163 | |
| 2 | -3,137 | ||
| 3 | -4,99 | ||
| №7
D=6 |
1 | -6,233 | |
| 2 | -22,77 | ||
| 3 | -39,04 |
Таблица 2
Значение потерь для пачкорда №1, при длине волны 1550 нм
| Номер катушки, диаметр | Число витков | Затухание, дБм | |
| №1
D=30 |
1 | -0,143 | |
| 2 | -0,163 | ||
| 3 | -0,307 | ||
| №2
D=26 |
1 | -0,387 | |
| 2 | -0,473 | ||
| 3 | -0,6 | ||
| №3
D=22 |
1 | -0,627 | |
| 2 | -0,763 | ||
| 3 | -0,853 | ||
| №4
D=18 |
1 | -1,117 | |
| 2 | -1,657 | ||
| 3 | -2,29 | ||
| №5
D=14 |
1 | -4,27 | |
| 2 | -8,68 | ||
| 3 | -11,8 | ||
| №6
D=10 |
1 | -14,587 | |
| 2 | -30,777 | ||
| 3 | -46,103 | ||
| №7
D=6 |
1 | -36,033 | |
| 2 | <65,29 | ||
| 3 |
Таблица 3
Значение потерь для пачкорда №2, при длине волны 1550 нм
| Номер катушки, диаметр | Число витков | Затухание, дБм | |
| №1
D=30 |
1 | -0,03 | |
| 2 | -0,063 | ||
| 3 | -0,07 | ||
| №2
D=26 |
1 | 0,003 | |
| 2 | -0,073 | ||
| 3 | -0,207 | ||
| №3
D=22 |
1 | -0,163 | |
| 2 | -0,097 | ||
| 3 | -0,383 | ||
| №4
D=18 |
1 | -0,403 | |
| 2 | -0,83 | ||
| 3 | -1,563 | ||
| №5
D=14 |
1 | -1,157 | |
| 2 | -3,607 | ||
| 3 | -5,847 | ||
| №6
D=10 |
1 | -8,46 | |
| 2 | -21,97 | ||
| 3 | -37,75 | ||
| №7
D=6 |
1 | -27,713 | |
| 2 | <-65,67 | ||
| 3 |
Рисунок 3. Графики зависимости величины потерь от радиуса изгиба
Полученные результаты подтверждают теоретические предположения об обратно пропорциональной зависимости величины приращения потерь от радиуса изгиба и прямо пропорциональной зависимости от количества витков.
Результаты этих и других экспериментов, направленных на изучение влияния внешних факторов на оптическое волокно, важны как для проектировщиков и монтажников систем и линий связи, так и для разработчиков и производителей оптического волокна. Исследования такого рода помогут грамотно спроектировать и смонтировать линию связи в имеющихся климатических, ландшафтных условиях.
Список литературы:
- Коханенко А. П., Волоконно-оптические линии связи. Физические основы работы оптических волокон: учебно-методическое пособие. Томск, 2013. – 64 с.
- Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАРарт, 2003. – 288 с.
- Фриман Р. Л. Волоконно-оптические системы связи. М.: Техносфера, 2003. – 514 с.[schema type=»book» name=»ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗГИБОВ НА ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО» author=»Стенина Татьяна Андреевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-08″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)» ebook=»yes» ]