3.7.2. Потери из-за поглощения (Absorprion Iosses)

В процессе производства оптического волокна предпринимаются все усилия, чтобы сделать стекло как можно чище. Требования производственного процесса к контролю чистоты и качества такие же строгие, как использующиеся в полупроводниковой промышленности. К сожалению, невозможно производить чистое на 100% стекло. Примеси, остающиеся в стекле, будут поглощать световую энергию.

Эти примеси принимают форму ионизированных молекул. Главными нарушителями являются ионы металлов, таких, как железо, медь и никель. Они поглощают световые частицы (фотоны), и в процессе обмена энергией волокно нагревается. В стеклах с низким качеством существенны потери из-за поглощения, вызываемого ионами металлов. Стекло содержит также большое количество примесей гидроксильных ионов (ОН-), которые при определенной частоте резонируют. Наибольшее затухание сигнала из-за гидроксильных ионов имеет место в диапазоне волн 850 нм. Это было главным источником затухания сигнала, когда волоконно-оптические кабели начали впервые производить на коммерческой основе. Большие успехи в технологии производства значительно уменьшили эту проблему

3.7.3. Потери из-за рассеивания

В волокнах наблюдаются два вида потерь из-за рассеивания. Первый вид возникает из-за того, что любые произведенные или натуральные материалы никогда не имеют совершенную молекулярную структуру по всему объему материала. Если кусок оптического волокна поместить под электронный микроскоп, можно увидеть, что в молекулярной структуре стекла есть неравномерности. Эти неравномерности (или негомогенности (inhomogenetics), как их называют) неизбежны, поскольку атомы и молекулы случайны по своей природе и размещаются случайным образом при формировании материала. Неравномерности будут рассеивать некоторое количество световых волн, когда они проходят по длине волокна. Эти волны впоследствии рассеиваются в оболочке и теряются.

Этот вид потерь из-за рассеивания называется рассеиванием Релея (Rayleigh scattering). Степень рассеивания очень быстро уменьшается с увеличением длины волны, и приемлемо низкие потери рассеивания достигаются при использовании инфракрасных волн (1300 и 1550 нм). Потери рассеивания Релея в расплавленном кварцевом стекле составляют примерно 0,8 дБ на километр при длине волны 1000 нм.

Второй вид потерь из-за рассеивания возникает из-за неравномерностей поверхности сердечник/оболочка. Они являются физическими несовершенствами поверхности и возникают в процессе производства. Когда луч света сталкивается с такой неравномерностью, он может изменить моду на более высокую и рассеяться в оболочке. Это ведет к большему затуханию сигнала.

Имеющее место рассеивание заставляет свет часто менять моды. Например, мода более низкого порядка может рассеяться и стать модой более высокого порядка. Это называют сопряжением мод (mode coupling) или смешением мод (mode mixing). Смешение мод может дать преимущество из-за усреднения проходимых световыми лучами расстояний, помогая тем самым устранить модовую дисперсию.

3.7.4. Потери из-за изгибов волокна

Иногда интуитивно предполагают, что если волокно изогнуто, в пути передачи возникнут потери. Это не так, поскольку внутренность волокна для световых лучей в норме выглядит как зеркало и небольшие изгибы волокна не привносят потерь. Потери возникают, лишь когда величина изгиба заставляет лучи света падать под углом меньше критического. Такое может быть, если луч прямо падает на изгиб под углом меньше критического либо если луч отражается от изгиба, а затем входит в оболочку под углом меньше критического.

Производитель кабеля указывает норму минимального радиуса изгиба при установке для данного конкретного волоконно-оптического кабеля. Эта величина указывает минимально допустимый внутренний радиус изгиба кабеля после его окончательной укладки.

Есть два вида изгибов, вызывающих потери. Первый называют "макроизгибом" когда кабель установлен с изгибом, радиус которого меньше минимально допустимого радиуса изгиба. Свет будет падать на поверхность сердечника/оболочки под углом меньше критического и будет теряться в оболочке. Это показано на рис. 3.25.

Рис. 3.25. Потери из-за макроизгибов

Выход света на изгибе оптоволокна используется в безразрывных устройствах связи по оптическим волокнам, подробней: Оптоволоконные ответвители-прищепки и также может быть использован для несанкционированного считывания трафика в волокне. Страница Считывание трафика с оптоволокна без разрыва

Второй вид потерь из-за изгибов называют "микроизгибами". Микроизгиб принимает форму очень маленького резкого изгиба (излома) кабеля. Микроизгибы могут быть вызваны несовершенством оболочки, волнистостью поверхности сердечника/оболочки, крошечными трещинами волокна и внешними силами. Внешние силы могут возникнуть из-за тяжелых острых предметов, положенных поперек кабеля, или из-за ущемления кабеля при его протягивании через плотную трубку. Как и в случае с макроизгибами, световой луч будет падать под углом меньше критического и проникать в оболочку. Это показано на рис. 3.26. .

Рис. 3.26. Потери из-за микроизгибов