Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники (2003) (1095923), страница 27
Текст из файла (страница 27)
В одномодовых волокнах закон измененияпоказателя преломления внутри сердцевины неважен, поэтому эти волокна, какправило, близки к ступенчатым. Показанный на рисунке третий наружный слойв механизме светопередачи участия не принимает.Двухслойные кварцевые световоды изготавливаются способом парофазногоосаждения, который получил всеобщее распространение. Этот способ основанна высокотемпературной (1200-1600°С) реакции получения чистого кварца SiO2из газовой смеси SiCl4 и О2. Смесь пропускают через нагретую кварцевую трубу, и на её внутренней поверхности оседает слой чистого кварца; затем в смесь111добавляют окислы бора или германия, при этом оседает легированный кварц (сувеличенным значением n).Рис. 62.
Геометрия и профиль изменения показателя преломления кварцевыхдвухслойных многомодовых ступенчатых (а), градиентных (б), одномодовых(в) волокон. Геометрия сердцевины и числовые апертуры кварц-полимерных(г), из многокомпонентных стёкол (д) и полимерных (е) световодов.После получения слоев требуемой толщины трубку нагревают сильнее и обжимают до «схлопывания» - таким образом получается исходная заготовка(рис. 62а). Растягивая разогретую заготовку и меняя скорость вытяжки, получают волокно требуемых геометрических размеров. Одновременно с оконечным этапом протяжки волокно пропускают через экструзер с фильерой и покрывают защитным полимерным покрытием, иногда также многослойным.
Назначение этого покрытия - «залечивание» микротрещин в кварце, защита волокна от влаги и смягчение механических воздействий элементов будущего кабеля. Таким образом, в промышленных условиях результатом вытяжки является не волокно, а структура, называемая волоконным модулем (диаметр модуля1120,2-0,8 мм) и представляющая собой заготовку для последующего оформленияв кабель.Удалено: <sp><sp>а)б)Рис.
63. Схема изготовления заготовок для кварцевых двухслойных волокон(а) и изготовления волокон из многокомпонентного стекла (б): 1 – оболочка, 2 –сердцевина.Развиты многочисленные модификации этого метода — горизонтальное иливертикальное расположение трубы, осаждение внутри трубы или снаружи накварцевый стержень, легирование оболочки или сердцевины и т.п. Достоинствапроцесса заключаются в том, что он позволяет получить наивысшую прозрачность изготавливаемых волокон (близкую к теоретически предельной) и реализовать практически любой требуемый закон изменения показателя преломления, обеспечен сверхчистыми реактивами и оборудованием (в значительноймере заимствованными из техники эпитаксиального выращивания кремния);недостатки - двухстадийность процесса и конечность строительной длины получаемого волокна, а также сложность изготовления исходных кварцевых трубнеобходимого качества.Совершенствование двухслойных кварцевых волокон идет по ряду направлений: улучшение характеристик (доведение до теоретического предела затухания и дисперсии) одномодовых волокон как основного типа световода дальней связи; создание многомодовых ступенчатых световодов с увеличеннымдиаметром сердцевины и повышенной апертурой (для коротких светодиодных113ВОЛС), оптимизированных градиентных световодов с уравненными скоростями различных мод в достаточно широком спектральном интервале, волокон ссердцевиной из нелегированного чистого кварца в целях повышения устойчивости к радиации; повышение надежности, долговечности, прочности; увеличение строительных длин и снижение стоимости всех видов волокон.Кварц-полимерные волокна (рис.
62,г) изготавливаются из особо чистогопромышленного кварца, покрываемого в процессе вытяжки светоотражающимполимером (обычно кремнийорганическим типа СИЭЛ). Эти волокна характеризуются простотой изготовления, непрерывностью и одностадийностью циклавытяжки, повышенными значениями диаметра сердцевины и числовой апертуры, а также устойчивостью к воздействию радиации (из-за нелегированностисердцевины). Однако им присущ и ряд существенных недостатков: невысокаяпрозрачность; значительная дисперсия, так как они не могут быть сделаны ниградиентными, ни одномодовыми; ограниченный температурный диапазон (изза резкой температурной зависимости показателя преломления полимера);сложность армирования торцов, так как при снятии полимера затухание обнаженных участков волокна резко возрастает; недолговечность.
Эти недостаткиносят принципиальный характер, поэтому кварц-полимерные волокна могутполучить лишь ограниченное применение в простейших коротких ВОЛС, использующих в качестве излучателя светодиоды.Волокна из многокомпонентных стекол (рис. 62,д) представляют собойсплавы (растворы) двуокиси кремния SiO2 (как основы в несколько десятковпроцентов) с несколькими составляющими, такими как Na20. CaO, MgO, Al2O3,Li2O и другими (около 10% каждая); изменением состава варьируется показатель преломления, причем в значительно более широких пределах, чем в кварцевых световодах. Эти волокна изготавливаются методом двойного тигля (рис.62,б): навески стекла, предназначенные для создания сердцевины и оболочки,непрерывно поступают во внутренний и наружный тигли сверху, а снизу изтонкого сопла вытягивается готовое волокно.
Процесс характеризуется низкойтемпературой, простотой, непрерывностью, высокой производительностью,безотходностью; могут изготавливаться ступенчатые и градиентные многомодовые волокна. Однако из-за недостаточной чистоты исходных компонентовэти световоды значительно менее прозрачны, чем кварцевые.Полимерные световоды (рис.
62,е) изготавливаются подобным методом, приэтом полимеры сердечника и оболочки поступают к кольцевому фильерномуотверстию под давлением из плунжерных цилиндров (плунжерный метод). Полимерные световоды наиболее дешевы и просты в изготовлении, характеризуются повышенной гибкостью и прочностью, могут иметь практически любыезначения диаметра сердцевины и числовой апертуры. Недостаток этих световодов заключается в значительных потерях пропускания, обусловленных загрязнениями и большим числом линий собственного поглощения полимеров.Еще раз подчеркнем, что из всех рассмотренных волокон только двухслойные световоды из легированного кварца обладают универсальным сочетаниемсвойств, достаточно полно удовлетворяющих потребности ВОЛС.114Волоконно-оптические кабелиНаиболее широкое распространение получили четыре основные конструкции ВОК (рис.
64.): повивная, в которой волоконные модули обвиваются вокруг центрального упрочняющего элемента; кабели пучковой скрутки, в которых навивке подвергаются группы (пучки) модулей, предварительно уложенные в трубки; кабели с профильным упрочняющим элементом, в которых волоконные модули свободно укладываются в винтообразные пазы упрочняющегоэлемента; ленточные кабели, в которых скручиванию подвергаются ленты, содержащие несколько волокон и набранные стопой. Первые две конструкции являются классическими, заимствованными из электротехнической практики.Рис. 64.
Основные разновидности волоконно-оптических кабелей: повивнаяконструкция (а), кабели пучковой скрутки (б), с профильным упрочняющимэлементом (в), ленточный (г): 1 - волоконно-оптический модуль; 2 - упрочняющий элемент; 3 - защитная оболочка.Независимо от конкретной конструкции основными элементами кабеля(кроме волоконных модулей) являются (на рис. 64. показаны упрощённые вари-115анты): упрочняющие элементы, обычно полимерные, иногда металлические,служащие для придания кабелю необходимой разрывной прочности и разгрузкиволокон от растяжения; наружные защитные покрытия, нередко многооболочечные, предохраняющие от проникновения влаги, паров вредных веществ и отвнешних механических воздействий; армирующие элементы, повышающие сопротивляемость кабеля радиальным механическим воздействиям; изолированные металлические провода, монтируемые в кабеле наряду с оптическими волокнами и обеспечивающие электропитание ретрансляторов на линии связи;внутренние разделительные слои и ленты, скрепляющие отдельные группыэлементов и уменьшающие давление различных элементов конструкции другна друга; гидрофобный заполнитель, ослабляющий вредное воздействие влагина оптические волокна.Обширные исследования световодных кабелей, создание огромного числаразнообразных конструкций, более чем 25-летний опыт производства и применения этих изделий - все это не привело, однако, к выработке окончательныхоптимизированных решений.
Появление микроизгибов волокна в составе кабеля, терморассогласование волокна и кабельных материалов, гарантированнаязащита от воздействия влаги на волокно - эти проблемы по-прежнему далеки отполного разрешения.Передающие и приемные модулиНазначение передающего модуля состоит в преобразовании входной информации в виде электрических сигналов в оптические сигналы, согласованные сканалом передачи (волоконным световодом); при этом модуль должен надежнофункционировать при всех возможных изменениях внешних воздействующихфакторов (температуры, влажности, вибрации, колебаний напряжений питанияи т.п.).В устройстве возбуждения сигнал, поступающий через входной электрический разъем, преобразуется в мощные импульсы накачки, превышающие пороггенерации лазера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
