Розрахунок розсiювання хвиль в оптичному одномодовому волокнi

РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНА РОБОТА

з дисципліни «Оптоволоконні комунікаційні системи»

на тему:

РОЗРАХУНОК РОЗСІЮВАННЯ ХВИЛЬ В ОПТИЧНОМУ ОДНОМОДОВОМУ ВОЛОКНІ (αP – РЕЛЕЄВСЬКЕ РОЗСІЮВАННЯ)

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

ОКС – оптоволоконні комунікаційні системи

ОВ – оптичне волокно

ВСТУП

Оптичне волокно вважається самим досконалим фізичним середовищем для передачі інформації, а також найперспективнішим середовищем для передачі більших потоків інформації на значні відстані.

Розрахунок параметрів оптичного волокна – невід’ємна складова проектування ОКС. Одним із основних параметрів ОВ є загасання, що має також різну природу виникнення. Існує чотири причини затухань хвиль у волокні: власні внутрішні втрати, втрати викликані домішками(зовнішні втрати), технологічні втрати, викликані недосконалістю волокна та втрати, викликані розсіюванням Релея[1]. Розрахунку останнього присвячена дана робота.

РОЗРАХУНОК РЕЛЕЄВСЬКОГО РОЗСІЮВАННЯ ХВИЛЬ

Оскільки затухання хвиль в ОВ викликане рядом причин, то коефіцієнт затухання α складається із суми коефіцієнтів, кожний з яких враховує свій механізм послаблення. Таким чином сумарне затухання дорівнює

[pic 1]

Складова αр відповідає розсіюванню Релея, яке враховує втрати на неоднорідностях матеріалу світловоду та на теплових флуктуаціях показника заломлення. Це розсіювання має місце, якщо розмір тіла розсіювання набагато менший за довжину хвилі. Разом із поляризаційним розсіюванням αn вони складають власні втрати(розсіювання) ОВ.

Електричне поле, що розповсюджується у середовищі світлової хвилі, взаємодіє з частинками цього середовища і викликає пере випромінювання енергії. Якщо середовище не зовсім однорідна, виникає розсіювання, тобто зміна напрямку хвильового вектора k при збереженні повної енергії світлової хвилі. При цьому світловий потік в початковому напрямку послаблюється (рис. 1).

[pic 2][pic 3][pic 4]

В якості розсіювачів можуть виступати молекули з розміром від 1 ангстрема, частинки різноманітної форми і розмірами до тисячі нанометрів, і на останок оптичні неоднорідності (сторонні частинки, дефекти структури, пружні коливання решітки). Якщо розмір розсіювача менше λ/15 спостерігається власне релеєвське розсіювання, більше – розсіювання Мі. При розмірах розсіювача, які приблизно рівні λ ефекти розсіювання поступово переходять в дифракційні.

В силу більшої технологічності та менших паразитних явищ, широко використовується одномодове ОВ. В такому випадку вважається, що хвилі розповсюджуються вздовж лінії паралельно.

У моделі Релея оптичну неоднорідність створюють сферичні частинки з діелектричною проникністю ε1. Оскільки розміри розсіювача (як правило молекул) вважаються набагато меншими за довжину хвилі, тому розсіювана хвиля вважається когерентною падаючою: немає фазового зсуву, що залежить від розмірів і форми розсіювача. Частинки в загальному випадку хаотично розташовані в середовищі з діелектричною проникністю ε2 і хвилі від них складаються за інтенсивністю. Під дією поля Е падаючої хвилі у речовині виникають навежені диполі, дипольний момент яких паралельний Е (рис.2) і пропорційний напруженості поля:

[pic 5]

, де V – об’єм частинки.

[pic 6][pic 7][pic 8]

   У відповідності із законами електродинаміки індукований диполь випромінює, до того ж вектор Пойнтінга перевипроміненого світла залежить від напрямку розсіювання.

У випадку лінійно поляризованого падаючого світла всі наведені диполі орієнтовані паралельно осі Х. Оскільки вздовж осі диполь не випромінює, інтенсивність розсіювання вздовж Х лорівнює нулю, а вздовж Y та  Z – максимальна.

Якщо ж падаючи світло не поляризоване, то осі індукованих диполів рівномірно розподілені в площині XY[2].