5.2. Одномодовые ОВ

Одномодовые ОВ применяются в межконтинентальных ВОСПИ и других магистральных линиях, где требуется чрезвычайно высокое качество и большой объем передаваемой информации. Условием распространения одной, основной моды (LP₀₁ – Linear Polarized) в ОВ является:

V £ 2,405 (5.4),

где V – нормализованная частота, определяемая формулой (5.2). Если 2,405 < V <3,83 добавляется «первая» высшая мода LP₁₁, а если — V> 3,83, то появляется следующая мода LP₀₂ и т д.. Длина волны, при которой отсекается первая высшая мода и распространяется только основная мода, называется длиной волны отсечки (l_с).

Практически важно знать радиальное распределение амплитуды или интенсивности поля моды одномодового ОВ, так как именно оно определяет такие параметры, как эффективность согласования ОВ между собой и с источником излучения, затухание света в оболочке и т. д. Естественно, что данное распределение изменяется с изменением длины волны излучения или, что то же самое, с изменением V. Форма поля LP₀₁-моды в сечении волокна («ближнее» поле) вблизи отсечки (т.е. при V=2,405) достаточно точно описывается гауссовым распределением:

I(r) = I₀´exp (-4r²/w²) (5.5),

где I₀ — интенсивность поля на оси волокна, w – диаметр модового пятна, т.е. значение диаметра, при котором интенсивность излучения составляет (1/е²)´I₀ = 0,135 I₀.

Рис. 5.8. Распределение интенсивности ближнего поля I(r) в одномодовых ОВ при различных значениях нормализованной частоты. Точки соответствуют гауссову приближению поля

На рис. 5.8 приведено распределение интенсивности ближнего поля I (r) в одномодовых ОВ при различных значениях нормализованной частоты (V), а точки соответствуют гауссовому распределению. Видно, что по мере уменьшения величины V все большая часть излучения выходит в светоотражающую оболочку и интенсивность излучения отклоняется от гауссовского. Диаметр модового пятна однозначно определяется величиной V и его можно вычислить с точностью ~ 1 % при 1,2< V < 2,4 для ОВ со ступенчатым профилем ПП по формуле:

w /2a = 0,65 +1,619 V^-3/2 + 2,879 V^-6 (5.6),

или по приближенной формуле

w = 0,83 l / NA (5.7),

где a – радиус сердцевины, NA – числовая апертура волокна. Из (5.7) видно, что в первом приближении радиус модового пятна не зависит от радиуса сердцевины и определяется отношением длины волны излучения к числовой апертуре волокна. Расчет по формулам (5.7) и (5.8) показывает, что при V = 2,4 — w/2a = 1,085, при V = 1,8 — w/2a = 1,32, а при V = 1,2 -w/2a = 1,882, т.е. в первом случае поле заходит в светоотражающую оболочку на ~ 4,5 %, во втором на ~ 16%, а в третьем на ~ 44 %. Типичный профиль ПП в заготовке стандартного одномодового ОВ показан на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Типичный ППП в одномодовом ОВ, полученном MCVD – технологией: 1 – сердцевина (SiO₂*GeO₂), 2 – светоотражающая оболочка (SiO₂*P₂O₅*F), 3 – технологическая оболочка (SiO₂)

Провал в центре профиля ПП является типичным для заготовок, полученных методом MCVD, и объясняется испарением легирующего компонента (GeO₂). Для примера, геометрические параметры стандартных одномодовых ОВ (типа SMF-28 – single mode fiber), производимых фирмой «Corning», приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 Геометрические параметры ОВ SMF – 28