Платонов КВ Диссертация (1195988), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Полимерные оболочки оптических модулей, увеличиваясь в размерах,прикладывают к оптическому волокну растягивающую силу, прижимают31оптическое волокно к внутренней поверхности оболочки оптических модулей. К чему приводит это соприкосновение описано выше.При уменьшении температуры окружающей среды длина оптическогомодуля, напротив, уменьшается. Оптическое волокно в этом случае передвигается к внутренней поверхности трубки оптического модуля.
При превышении определѐнного порога снижения температуры, обусловленнойконструкцией сердечника и используемыми материалами, оптическое волокно опять коснѐтся внутренней поверхности трубки оптического модуля.И снова наблюдается резкое повышения затухания в оптическом волокнеза счѐт микроизгибов.2.3 Электромагнитное воздействиеВнешнее магнитное и электрическое поле могут воздействовать на интенсивность, фазу и состояние поляризации проходящего по оптическомуволокну излучения. Данное явление очень подробно описывает эффектКерра.Эффект Керра — это нелинейный оптический эффект, возникающийпри распространении интенсивного света в кристаллах и стеклах, а также ив других средах, таких как газы.
Его физическая природа связана с изменением поляризации вещества под действием внешнего постоянного или переменного электрического поля в среде, которая сама по себе меняет свойства распространения света. Эффекта Керра – это эффект, при котороммгновенно возникает нелинейный отклик, который описывается как изменение показателя преломления.
В частности, показатель преломления длявысокой интенсивность света изменяется в соответствииn n2 * I ,(2.1)где n2 -нелинейный показатель,I-оптическая интенсивность.32Значение n2 может быть измерено для различных сред. Нужно помнить,что в дополнение к эффекту Керра (чисто электронной нелинейности), эффект электрострикции также способен внести значительный вклад в значение нелинейного показателя. Электрическое поле вызывает изменениеплотности света (акустических волн), которые воздействуют на показательпреломления через фотоупругий эффект. Этот механизм, однако, возникает за гораздо больший промежуток времени и, таким образом, относитсятолько к относительно медленным модуляциям мощности, но не длясверхкоротких импульсов.Для исследования эффекта Керра монохроматический свет пропускаютчерез поляризатор (например, призму Николя) и направляют в плоскийконденсатор, заполненный изотропным веществом (ячейка Керра).
Поляризатор превращает естественно поляризованный свет в линейно поляризованный. Если к обкладкам конденсатора не приложено напряжение, тополяризация света, проходящего через вещество, не меняется и свет полностью гасится второй призмой (анализатор), повѐрнутой на 90° по отношению к первой. Если к обкладкам приложить напряжение, то линейнополяризованная световая волна в веществе распадается на две волны, поляризованные вдоль поля Ен (необыкновенная волна) и под прямым угломк полю Е0 (обыкновенная волна), которые распространяются с разнымискоростями. У необыкновенной волны Ен и обыкновенной Ео фазы колебаний электрического вектора по причине разной скорости распространенияфазы колебаний на выходе из ячейки не совпадают, и поэтому результирующая световая волна оказывается эллиптически поляризованной и частично проходит через анализатор.
Если между ячейкой Керра и анализатором поставить компенсатор, который преобразует эллиптически поляризованный свет в линейно поляризованный, то с помощью поворота компенсатора можно вновь прийти к полному гашению света анализатором.Наряду с эффектом Керра, также важную роль при воздействии электромагнитного поля на оптическое волокно, является явление Фарадея33(вращение плоскости поляризации в магнитном поле), которое являетсяпервым исследованным магнитооптическим эффектом.2.4 Воздействие радиацииОсновное требование к современным телекоммуникационным системам - обеспечение высокого качества передачи информации в условияхвоздействия различных природных, техногенных и антропогенных факторов.
Широкое распространение цифровых систем, использующих в качестве среды передачи волоконные световоды, актуализируют исследованиямеханизмов и последствий действия перечисленных факторов на волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).Таким фактором является радиоактивное излучение и в частностиего составляющая – гамма-излучение. В нынешнее время проблема повышенного радиационного фона стоит достаточно остро, в том числе и дляобъектов железнодорожного транспорта. Одной из причин является то, чтопри отсыпке верхнего строения пути на железнодорожных магистралях часто используют гранитный щебень, содержащий в своей структуре радоновые каверны. Это приводит к повышению радиационного фона зданий, сооружений и других объектов, расположенных вблизи рельсового полотна.Механизм воздействия радиации на структуру основного элементаВОЛС - оптического кабеля (ОК) требуется рассматривать с двух позиций:1.
Влияние на материал оптического волокна (ОВ) как среду передачи.2. Влияние на кабель в целом как кабельное устройство (на механические характеристики, срок эксплуатации и др.).При взаимодействии гамма-частиц с материалом оптического волокна (кварцевое стекло) в его структуре возникают микронеоднородности –центры рэлеевского рассеяния. Количество подобных центров на единицуобъема различно. Оно изменяется в зависимости от многих факторов: технологических особенностей получения SiO2; содержания в нем примесей;34условий облучения (мощности дозы, температуры облучения) и т.д. Данные центры вносят определенный вклад в затухание информационногосигнала (эффект потемнения). По причине разницы в объеме сердцевиныколичество создаваемых центров рассеяния в многомодовых ОВ будетвыше, чем у одномодовых.353 ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА3.1 Потери в оптическом волокнеАбсолютно все волоконные световоды обладают затуханием.
Затухание света в оптическом волокне обусловлено рассеянием и поглощением всреде, рассеянием, связанным со световодной структурой и потерями наизлучение. Рассеяние, связанное со световодной структурой, вызванобольшей частью геометрическими неоднородностями поверхности границы сердцевина-оболочка. Внимательно контролируя процесс изготовленияволокна, можно удерживать уровень потерь на рассеяние этого типа ниже1 дБ/км. Потери на излучение созданы изгибами световода и при малыхрадиусах кривизны могут быть огромными. Излучение из волоконногосветовода достигает особенно больших величин, если при производствеоптического кабеля используются световоды без мягкой амортизирующейпластиковой оболочки.В этом случае она определяется как отсутствие непрерывности кривойослабления, так как существование большого количества мод допускаетбольшему объему возбужденной мощности достигнуть конца волокна.Другой метод измерения определен условием, что моды более высокогопорядка особенно чувствительны к изгибам волокна, нежели фундаментальные моды.
Для возможности проведения этих расчетов источник должен обеспечивать стабильную интенсивность излучения и постояннуюдлину волны, согласованную со спектральной чувствительностью детектора.В общем случае затухание – это ослабление светового потока в оптоволокне. Затухание света может быть вызвано поглощением и рассеиваниемсвета, макро и микроизгибами оптического волокна.Микроизгиб - это микроскопические изменения геометрии сердечникаволокна, появляющиеся при производстве.36Макроизгибом называют большой изгиб оптического волокна, которыйбольше минимально допустимого радиуса и заставляет световой поток(или часть его) выйти из сердцевины оптического волокна. Минимальныйрадиус изгиба одномодовых волокон составляет 10 сантиметров.
При этомизгибе световой импульс распространяется без сильных искажений.Уменьшение же радиуса изгиба приводит к высокому повышению эффектарассеивания оптического импульса сквозь оболочку волокна.Без определенной защиты оптическое волокно подвержено оптическимпотерям, созданные микроизгибами. Для минимизации дейсивия микроизгибови используются разные механизмы защиты волокна. В отличие отволокон ступенчатого типа, волокна с сердечником шагового типа относительно устойчивы к потерям при микроизгибах.Обычная нагрузка кабеля, происходящая при установке, может привести волокно в напряженное состояние. Напряжение может создать потерипри микроизгибах, что, в свою очередь, провоцирует увеличение коэффициента затухания.
Для того чтобы понизить нагрузочные напряжения,упростить установку и повысить срок эксплуатации, в состав оптическогокабеля добавляют различного рода внутренние укрепляющие механизмы.Такие элементы снижают нагрузочные напряжения и освобождают волокно от давления, сводя до минимума эффект сжатия и вытягивания кабеля.В некоторых случаях такие элементы действуют как термоизоляторы.Есть и другие факторы, влияющие на выбор подобного рода элементов- сопротивляемость удару, гибкость, изгиб и др.Укрепляющие элементы, которые, как правило, эксплуатируются воптоволоконном кабеле, включают в себя арамидную пряжу, стекловолоконный эпоксидный стержень (FGE) и стальной провод.
Намотанная витокк витку арамидная пряжа оказывается в 5 раз прочнее стали. Вместе состекловолоконным эпоксидным стержнем пряжа является обязательнымкомпонентом при создании диэлектрика.37Для использования при чрезвычайно низких температурах берут стальи FGE, так как эти материалы более устойчивы к колебаниям температур.Поглощение определяется как превращение мощности светового импульса в тепло, и связано с резонансом в материале волокна. Есть внутренние поглощения, связанные со свойствами материала волокна и молекулярным резонансом, и внешние поглощения, определяемые наличием микропримесей в материале волокна.
Современные оптические волокна имеютмалое количество микропримесей, по этой причине величина внешнего поглощения минимальна и не принимается в расчет.Рассеивание - главный фактор затухания света в оптическом волокне.Присутствие этого типа затухания связано, прежде всего, с браком сердцевины оптического волокна, а также с присутствием внешних вкраплений ипримесей в оптическом волокне. Такие посторонние включения сильновлияют на прохождение светового потока по правильной траектории, приводят к его отклонению и, как следствие, превышению угла преломления ивыходу части светового луча через оболочку. Кроме того, наличие неоднородностей волокна приводит к отражению.Коэффициент затухания для заданной длины волны оптического излучения находят как отношение вводимой в волокно оптической мощности кмощности принятого из волокна оптического сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
