3.7.5. Потери вследствие излучения

Подробный анализ поля энергии светового импульса, проходящего по волокну, показывает, что определенная часть общей световой энергии переносится через оболочку волокна. Это особенно заметно в многомодовых волокнах с плавным профилем и одномодовых волокнах со ступенчатым профилем, где разница показателей преломления сердечника/оболочки минимальна. Общий профиль движущегося энергетического поля волокна будет стараться двигаться в виде постоянного поля. Между световыми лучами проявляется естественное сцепление, сохраняющее энергетическое поле постоянным при его движении через волокно. Когда в волокне встречается изгиб, лучам, движущимся по большей внешней кривой, потребуется двигаться с большей скоростью, чем лучам, движущимся в центре сердечника. Естественно, свет будет сопротивляться этому и стремиться излучаться вовне.

Количество энергии, теряемое на внешней стороне радиусов изгибов, обычно пренебрежимо мало. Но если от внешних лучей света требуется двигаться быстрее скорости света из-за очень резкого загиба волокна (то есть с очень маленьким радиусом), тогда потери излучения становятся достаточно значительными и могут быть катастрофическими для линии передачи. Радиус, при котором это возникает, очень мал, обычно около 60 мкм в зависимости от вида используемого оптического волокна. Это еще одна причина избегать микроизгибов.

3.7.6. Потери Френеля на соединениях

Ранее в разделе 3.1.8 обсуждалось, что в месте соединения сердечника и оболочки при падении света с углом меньше критического около 4% световой энергии отражается обратно в сердечник. Этот же феномен под названием отражения Френеля отмечается также на стыке двух волокон. Даже если два волокна соединены с совершенно плоскими и гладкими концами, все равно остается неизбежное изменение показателей преломления из-за небольшого количества воздуха между волокнами. Это, в сущности, равно 4%-ной потере уровня сигнала в каждом интерфейсе (из стекла в воздух или из воздуха в стекло). Следовательно, общее количество теряемой энергии равно 8%. При оценке потери мощности в канале связи это соответствует потере примерно 0,17 дБ на интерфейс между волокном и воздухом и 0,34 дБ на соединение двух волокон. Это показано на рис. 3.27. В разделе 5.1.6 этот феномен рассматривается подробнее, а также обсуждаются методы борьбы с этой проблемой.

Рис. 3.27. Потеря Френеля на соединениях волокон

3.7.7. Несоответствие размеров волокна и числовых апертур

Хотя это и нежелательно, возникают обстоятельства, когда требуется соединить волокна различных размеров и с различными апертурами. Если волокно, из которого излучается свет, больше волокна, получающего свет, световые лучи будут ускользать через края большего волокна. Если у двух волокон одинаковые диаметры, но разные апертуры и у волокна, излучающего свет, апертура больше, это волокно будет терять часть своей энергии через преломление лучей в оболочку второго волокна. Если у волокна, из которого излучается свет, диаметр или апертура меньше, чем у принимающего волокна, сигнал теряться не будет.

Несоответствие показано на рис. 3.28.

Рис. 3.28. Потери из-за несоответствия диаметра и апертуры

Следующая формула оценивает вызванные потери:

Потеря (дБс) = -20 log(NA1/NA2) для NA1 > NA2.

Потеря (дБс) = -20 log(Dl/D2) для Dl > D2.

Заметим, что при несовпадении диаметров здесь неявно предполагается и несовпадение апертур, поскольку апертура зависит от диаметра.