4. Затухание сигнала в световоде. Определение и причины.

Наиболее распространенным линейным эффектом является затухание – ослабление сигналов при их распространении вдоль оптического кабеля.

Большая величина затухания на определенных длинах волн обусловлена, главным образом, явлением, называемым рассеянием, и в меньшей степени – поглощением световых волн. Для выражения результатов измерений в обоих случаях используются децибелы.

Децибелы – это специфическая единица измерения, определяющая совокупный эффект поглощения и рассеяния, т.е. суммарные потери. И выражает эту величину лишь косвенно, рассчитывается с помощью формулы:

Оставшаяся мощность = 10^(дБ/10)

Таблица 1. Примеры определения потерь по значениям, выраженным в децибелах.

Потери в децибелах	Процентная доля оставшейся входной мощности
0,1	98%
0,5	89%
1	79%
2	63%
5	32%
10	10%
20	1%
30	0%

Иногда производители говорят о децибелах, относя их к какому-то определенному уровню потерь, а именно: 1 милливатт (1мВт или дБм) или микроватт (1 мкВт или дБмк). Величина в 1 мВт взята в технике оптической связи в качестве нулевого уровня, которой примерно соответствует максимальная мощность излучения типового полупроводникового лазера и светодиода. Тогда мощность выражается в логарифмических единицах и рассчитывается по формуле:

Р = 10lg (P/1 мВт) дБм, где Р – мощность оптического сигнала.

Величина потерь выше этого уровня 1мкВт) выражается положительным значением, а ниже – отрицательным.

Таблица 2. Соответствие уровней и мощностей оптического сигнала.

дБ	мВт	мкВт
0,1	-10	100
0,5	-3	500
1	0	1000
2	3	2000
3	5	5000
9	10	100000

От величины затухания сигнала в оптическом кабеле зависит максимальная дальность связи между двумя приемопередатчиками. Затухание определяется собственными потерями в волоконных световодах и дополнительными потерями.

Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь на поглощение и рассеяние.

При столкновении фотонов с атомами высвобождаются дополнительные фотоны, порождающие дополнительное излучение. Этому сопутствуют два других эффекта. Часть световой энергии поглощается, а часть рассеивается. Такое явление называется рэлеевским рассеиванием (по имени английского физика лорда Рэлея).

Когда на пути света встречаются частицы, диаметр которых меньше длины световой волны, они направляют часть света в других направлениях. Причиной этого эффекта является неоднородности плотности стекла, возникающие в процессе его охлаждения.

Нежелательные последствия рассеяния сильнее всего проявляются при коротких длинах волн.

Количество поглощаемого света определяется свойствами конкретного вещества и длиной световой волны. Обычное стекло поглощает сравнительно мало света и поэтому кажется прозрачным. Поэтому главной задачей при производстве кремнеземов высокой чистоты, идущих на изготовление ОК, было исключение из них примесей, которые приводили к повышению степени поглощения.