Тема 1.3.2 Классификация оптических волокон

Оптические волокна могут быть классифицированы по двум параметрам:

- числу распространяющихся мод;

- профилю распределения показателя преломления в поперечном сечении сердцевины.

По числу распространяющихся в оптическом волокне мод они подразде-ляются на одномодовые и многомодовые. Волокно с малым диаметром сердцевины (диаметр превышает длину волны передачи в несколько раз), по которому в рабочем диапазоне длин волн может распространяться только одна фундаментальная (основная) мода, которая хотя и может иметь две поляризации, называется одномодовым. Волокно с большим диаметром сердцевины (диаметр на порядок больше длины волны передачи), в котором могут распространяться две или большее число мод называется многомодовым.

При рассмотрении изменений показателя преломления п волоконного световода как функции радиуса используется термин «профиль распределения показателя преломления». Он определяет радиальное изменение значений показателя преломления от оси волокна в сердцевине в направлении оболочки.

В настоящее время наибольшее применение нашли следующие профили распределения показателя преломления в поперечном сечении сердцевины:

- ступенчатый (для многомодовых и одномодовых волокон);

- градиентный (для многомодовых волокон);

- сегментный и треугольный (для одномодовых волокон).

Ступенчатый профиль. При ступенчатом профиле показатель прелом-ления , одинаков по всему поперечному сечению сердцевины и при переходе от сердцевины к оболочке показатель преломления уменьшается ступенчато и остается неизменным в оболочке со значением 2 {рис.76,а). Ступенчатый профиль могут иметь как одномодовые, так и многомодовые волокна

Одномодовые волокна со ступенчатым профилем изготавливаются также с так называемой поглощающей оболочкой {рис. 76,б), имеющей провал показателя преломления оболочки. Здесь и далее на рисунках профиля показываются изменения показателя преломления вдоль радиуса только в пределах сердцевины и отражающей оболочки волокна без указания значений показателя преломления первичного защитного покрытия. В настоящее время многомодовые волокна со ступенчатым профилем для использования в сетях связи не изготавливаются.

При расчетах характеристик световодов вместо абсолютной разности показателей преломления принято использовать относительную разность показателей преломления (), которая определяется как

Последнее упрощение правомерно, так как у применяемых волокон абсолютная разность , — 2 не превосходит единиц процентов.

Основное отличие одномодовых волокон от многомодовых состоит в существенно меньшем диаметре сердцевины и меньшем значении А, (в таблице 13 приведены характеристики типичных одномодовых и многомодовых волокон).

Таблица 13

Градиентный профиль. У оптических волокон с градиентным профилем показатель преломления изменяется не ступенчато, а плавно. В этом случае сердцевина состоит из большого числа слоев концентрических колец. При удалении от оси сердцевины показатель преломления каждого слоя снижается. Наилучшие характеристики имеют оптические волокна, у которых профиль показателя преломления (пг) описывается параболой (рис.76,в)

где , — наибольшее значение показателя преломления в центре сердцевины;

г — текущий радиус;

а — радиус сердцевины.

Именно за оптическими волокнами с параболическим профилем закрепилось название градиентных волокон.

В отличие от ситуации со ступенчатым профилем, где свет отражается от относительно резкой границы между сердцевиной и оптической оболочкой, при параболическом профиле свет постоянно и более плавно испытывает отражение от каждого слоя сердцевины. При этом свет изгибается в направлении к оси волокна и его траектория становится синусоидальной.