Минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду, называется длиной волны отсечки. Этот параметр характерен для одномодового волокна. Если рабочая длина волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света. В этом случае появляется дополнительный источник дисперсии – межмодовая дисперсия, ведущий к уменьшению полосы пропускания волокна.

Различают волоконную длину волны отсечки (l_CF) и кабельную длину волны отсечки (l_CСF). Первая соответствует слабо напряженному волокну. На практике же волокно помещается в кабель, который при прокладке испытывает множество изгибов. Кроме этого, сильные искривления волокон происходят при их укладке в сплайс-боксах. Все это ведет к подавлению побочных мод и смещению l_CСF в сторону коротких длин волн по сравнению с l_CF. С практической точки зрения кабельная длина волны отсечки представляет большой интерес.

Волоконную длину волны отсечки можно оценить как теоритически, так и экспериментально. Теоритически легко это сделать для ступенчатого одномодового волокна – на основании выражений (4-7), (4-8) и (4-9) получаем l_CF=pdNA/2,405=1,847dn_{1Ö Δ} .

l_CСF, в отличие от l_CF, можно оценить только экспериментальным образом. Одним из практических методов измерения длин волн отсечки l_CF и l_CСF является метод передаваемой мощности. Сравнивается измеренная переданная спектральная мощность в зависимости от длины волны для образца одномодового волокна длиной 2 м с аналогичным параметром, полученным на образце многомодового волокна. Строится кривая

 дБ                                                                      (4-11)

где А_m – разница затуханий; P_s – мощность на выходе одномодового волокна; P_m – мощность на выходе многомодового волокна.

Многомодовое волокно является эталонным. При этом один и тот же источник излучения с перестраиваемой длиной волны используется как для одномодового, так и для многомодового волокна. Строится кривая A_m(λ), рис (4.1), длинноволновый участок которой экстраполируется кривой (1). Строится параллельная прямая (2), отстоящая ниже (1) на 0,1 дБ. Точка пересечения прямой (2) с кривой A_m(λ) соответствует длине волны отсечки.

Рис.4.1. Определение длины волны отсечки.

Условия измерения должны соответствовать рекомендациям TIA/EIA и CCITT. Концы волокна очищаются от защитного покрытия, скалываются – угол скола не должен превышать 2°. Диаметр светового пятна от источника излучения – 200 мкм; числовая апертура вводимого излучения 0,20; полная ширина спектра излучения £ 10 нм, измеренная на полумаксимуме; измеряемый диапазон длин волн от 1000 нм до 1600 нм с шагом 10 нм.

При измерении длины волны отсечки волокна l_CF образец волокна должен иметь длину 2 м и располагаться таким образом, чтобы образовывалась одна петля радиусом 140 мм, рис 4.2а. Не должно быть дополнительных изгибов волокна с радиусом, меньшим 140 мм. Экспериментально измеренная длина волны отсечки волокна близка к теоритическому значению, которое можно получить из критерия (4-7), если обратить его в равенство.

При измерении кабельной длины волны отсечки l_CСF тестируемый образец волокна должен иметь длину 22 м. Большая часть волокна свертывается и располагается на катушке с радиусом не меньше, чем 140 мм, что моделирует кабельные эффекты. Затем делается по одной петле диаметром 76 мм на расстоянии 1м от каждого конца волокна для моделирования эффекта изгиба волокна в сплайс-боксах, рис. 4.2б. И, наконец, в средней части делаются две дополнительные петли радиусом, меньшим 140 мм.

а)

б)

Рис.4.2. Размещение волокна.

а) при определении l_СF ; б) при определении l_CСF

Затухание.

Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повторителями.

На затухание света в волокне влияют такие факторы, как: потери на поглащении; потери на рассеянии; кабельные потери.

Потери на поглощении и на рассеянии вместе называют собственными потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют также дополнительными потерями, рис. 4.3.

Рис. 4.3. Основные типы потерь в волокне.

Полное затухание в волокне (измеряется в дБ/км) определяется в виде суммы:

a=a_int+a_rad=a_abs+a_sct+a_rad                                                                     (4-12)

Потери на поглощении a_abs состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и ультракрасное поглощение), так и из потерь, связанных с поглощением света на примесях. Примесные центры, в зависимости от типа примесей, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую енергию в виде джоулевого тепла. Даже ничтожные концентрации примесей приводят к появлению пиков на кривой потерь, рис 2.7. Следует отметить характерный максимум в районе длины волны 1480 нм, который соответствует примесям ОН^- . Этот пик присутствует всегда. Область спектра в районе этого пика ввиду больших потерь практически не используется.

Собственные потери на поглощении растут и становятся значимыми в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. При длине волны излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным из-за роста потерь, связанных с инфракрасным поглощением, рис. 4.4.

Потери на рассеянии a_sct. Уже к 1970 году изготавливаемое оптическое волокно становится настолько чистым (99,9999 %), что наличие примесей перестает быть главенствующим фактором затухания в волокне. На длине волны 800 нм затухание составило 1,5 дБ/км . Дальнейшему уменьшению затухания препятствует так называемое рэлеевское рассеяние света. Рэлеевское рассеяние света вызвано наличием неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях. В результате часть его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во время изготовлении волокна.

Потери на рэлеевском рассеянии зависят от длины волны по закону l^-4 и сильней проявляются в области коротких длин волн, рис 4.4.

Рис.4.4. Факторы, влияющие на затухание в области длины волны 1500 нм

(по материалам фирмы Corning Optical Fiber)

Длина волны, на которой достигается нижний предел собственного затухания чистого кварцевого волокна, составляет 1550 нм и определяется разумным компромиссом между потерями вследствие рэлеевского рассеяния и инфракрасного поглощения.

Внутренние потери хорошо интерполируются формулой: ,.где d_ОН(l) отражает пик поглощения на примесях ОН с максимумом при 1480 нм, а первое и последнее слагаемые соответствуют рэлеевскому рассеянию и инфракрасному поглощению соответственно ( К_rel=0,8мкм⁴дБ/км; С=0,9дБ/км; k=0,7-0,9мкм; данные приведены для кварца). На рис 4.5. приводится общий вид спектральной зависимости собственных потерь с указанием характерных значений четырех основных параметров (минимумов затухания в трех окнах прозрачности 850, 1300 и 1550 нм, и пик поглощения на длине волны 1480 нм) для современных одномодовых и многомодовых волокон.

Рис. 4.5. Собственные потери в оптическом волокне.

Кабельные (радиационные потери) a_rad обусловлены скруткой, деформациями и изгибами волокон, возникающими при наложении покрытий и защитных оболочек, а также в процессе инсталляции ВОК. При соблюдении ТУ на прокладку кабеля номинальный вклад со стороны радиационных потерь составляет не больше 20% от полного затухания. Дополнительные радиационные потери появляются, если радиус изгиба кабеля становится меньше минимального радиуса изгиба, указанного в спецификации на ВОК.