Контрольные вопросы

1. В чем заключаются поляризационные явления в волоконном световоде?

2. Какие виды поляризации имеют место в волоконном световоде?

3. При каких условиях наступает деполяризация световой волны в оптических волокнах?

4. Что такое поляризационная модовая дисперсия?

  

14. Взаимные влияния в оптических кабелях

14.1. Природа взаимных влияний в оптических кабелях

Волоконные световоды, находящиеся в общем кабельном сердечнике, оказывают мешающее воздействие на соседние световоды в виде помех. Природа взаимных влияний в оптических кабелях связана с характеристикой волн, действующих в оптических волокнах. Рассмотрим эти волны.

В общем случае в волоконном световоде могут существовать три типа волн: направляемые, вытекающие и излучаемые. Действие и преобладание какого-либо типа волн связано, в первую очередь, с числовой апертурой и соотношением углов падения волны j₁ и полного ее отражения j_с.

Направляемые волны (волны сердечника) – основной тип волны, распространяющийся по световоду. Вся энергия сосредоточена внутри сердечника световода и обеспечивает передачу информации. Направляемые моды возбуждаются при вводе лучей под углом, большим угла полного внутреннего отражения.

Излучаемые (пространственные) волны возникают при вводе лучей под углом, меньшим угла полного внутреннего отражения. В этом случае вся энергия уже вначале линии излучается в окружающее пространство и не распространяется вдоль световода.

Промежуточное положение занимают вытекающие волны (волны оболочки). Здесь часть энергии распространяется вдоль световода, а часть ее переходит в оболочку и излучается в окружающее пространство. Вытекающие волны образуются, в первую очередь, за счет косых лучей. Типы волн и их эпюры приведены соответственно на рис. 37, а, б.  

Рис. 37. Волны в световоде: а – типы; б – эпюры

    Таким образом, в световодах вдоль всей линии распространяется только направляемая волна. Вытекающие и излучаемые волны действуют лишь на начальном участке линии, затем их роль резко снижается.

Следует иметь в виду, что и при соблюдении угла полного внутреннего отражения (j₁>j_с) часть направляемой энергии просачивается в оболочку и распространяется вдоль границы раздела сред в поверхностном слое. Эта просачиваемая волна с удалением от сердечника затухает по экспоненциальному закону и проникает в окружающее пространство. Расчет напряженности может производиться по формуле

  ,

 где Е₀ – исходная волна длиной l, падающая под углом j₁; j_с – угол полного внутреннего отражения,

  ;

x – координата в радиальном направлении; k – параметр затухания в оболочке в радиальном направлении,

  .

 Просачиваемое через оболочку поле уменьшается по экспоненциальному закону. С увеличением угла падения волны поле уменьшается, а при = 0 оно максимально.

 

Рис. 38. Взаимное влияние между оптическими волокнами

Н а рис. 38 показано распределение электромагнитного поля в двух соседних волокнах. Амплитуда напряженности поля спадает по закону экспоненты в поперечном направлении. Часть поля одного волокна проникает в соседнее волокно и проявляется там в виде помехи.

Методика исследования процессов излучения и взаимных помех между волоконными световодами различна для различных режимов работы световодов. Для одномодового режима передачи (d ≈ λ) необходимо на основе электродинамики решить систему уравнений связанных волн. Для многомодового режима передачи (d >> λ) можно воспользоваться упрощенными законами геометрической оптики.

Приведенная классификация волн, связанная с вводом луча в торец световода, относится лишь к прямолинейным световодам регулярной конструкции. В случае скрутки оптических волокон, наличия изгибов и нерегулярностей по длине и поперечному сечению световодов появляются все типы волн при любой апертуре и даже при .