6.3
Причины
возникновения потерь в соединении
Существует
две причины возникновения потерь в
волоконно-оптическом соединении:
·
Внутренняя,
или связанная с нестабильностью
параметров самого волокна.
·
Внешняя,
связанная непосредственно с соединителем.
6.3.1
Внутренние
причины
Рассматривая
соединение одного волокна с другим,
исходят из того, что оба волокна являются
идентичными. Однако обычно это не так.
Производство волокон оставляет некоторые
допуски на воспроизводимость их
параметров, варьирующихся в установленных
пределах вблизи специфицированных
значений.
Потери,
связанные с рассогласованием апертуры (NA),
происходят, если NA передающего волокна
больше апертуры принимающего. Потери,
связанные с рассогласованием диаметров
ядер, возникают, когда диаметр ядра
передающего волокна больше диаметра
принимающего волокна. Возникают также
потери, связанные с несовпадением
размеров оптических оболочек, при этом оси
волокон децентрируются.
Возможным
источником потерь является также концентричность
размещения волоконного ядра внутри
оптической оболочки. В идеале оси ядра и
оптической оболочки должны совпадать.
Рассогласование, связанное с
концентричностью, определяется
расстоянием между центрами ядра и
оптической оболочки.
Эллиптичность
(отклонение от формы идеального круга)
формы ядра и оптической оболочки также
является источником потерь. Взаимное
расположение двух ядер эллиптической
формы зависит от взаимного размещения
двух волокон. При одном соединении оси
эллипсов могут быть перпендикулярны,
тогда потери максимальны. В другом случае
оси эллипсов могут повернуться и совпасть,
тогда потери будут отсутствовать.
Допустимые значения эллиптичности ядра и
оптической оболочки равны отношению
минимального значения диаметра к
максимальному.
Данные
вариации параметров существуют в каждом
волокне, несмотря на технологический
контроль, позволяющий избегать
недопустимых отклонений этих параметров.
За последние несколько лет технология
изготовления была существенно улучшена, и
диапазоны варьирования параметров
волокна существенно сузились. Например, 125-мкм
волокно ранее имело допустимое отклонение
диаметра оптической оболочки ±5мкм, так
что реальный диаметр волокна менялся от 120
до 130мкм. Соединение двух таких волокон при
максимальном рассогласовании приводит к
потерям в 0.6дБ. В настоящее время
нормальным допуском является ±2мкм,
приводящий к отклонению размера от 123 до 127
мкм и к максимальным потерям в 0.28дБ.
Допустимое отклонение в ±0.1мкм уменьшает
возможные потери до 0.1дБ.
Указанные
потери являются максимально возможными и
могут не возникать в большинстве случаев,
поскольку вероятность соединения двух
волокон с максимальным рассогласованием
достаточно мала.
6.3.2
Внешние факторы
Сами
соединители также привносят определенные
потери в соединение. Основные четыре
причины возникновения потерь в
соединителе, которые необходимо
контролировать:
Боковое смещение
Если
центральная ось одного волокна не
совпадает с центральной осью другого, то
неизбежно возникновение потерь.
Допустимое рассогласование становится
меньше при уменьшении размера волокна.
Очевидно, что контроль бокового смещения
особенно затруднен в волокнах малого
диаметра. Производители соединителей
стремятся ограничить смещение до уровня
менее 5% от диаметра ядра.
Зазор между сколами
Соединение
двух волокон, разделенных небольшим
зазором, подвержено двум видам потерь.
Первый
– это френелевское
отражение, связанное с разницей
показателей преломления волокон и среды в
зазоре (обычно воздух). Френелевское
отражение происходит как на выходе из
первого волокна, так и на входе во второе
волокно. В стеклянных волокнах,
разделенных воздушным зазором, потери от
френелевского отражения составляют около
0.34дБ. Френелевские потери могут быть
существенно снижены при использовании в
зазоре жидкости с согласованным
показателем преломления.
Второй
вид потерь в многомодовых волокнах связан
с потерей мод высокого порядка при
прохождении светом зазора и на входе в
ядро второго волокна. Величина потерь,
связанных с этим эффектом, зависит от
величины NA волокон. Волокно с большим
значением NA не допускает столь большого
зазора между волокнами при том же уровне
потерь, что и волокно с меньшим значением NA.
В
идеале для уменьшения потерь волокна
следует соединять вплотную. В большинстве
неразъемных соединителей волокна
действительно устанавливают вплотную. В
разъемах иногда нужен небольшой зазор для
предотвращения появления царапин на сколе
при подключении.
Угловое
рассогласование ориентации осей
Сколы
обработанных волокон должны быть
перпендикулярны осям волокон и
параллельны друг другу при соединении.
Уровень потерь, связанных с угловым
рассогласованием ориентации осей
относительно друг друга также
определяется NA волокон. В данном случае
влияние NA противоположно
эффекту наличия зазора между волокнами.
Здесь большее значение NA допускает
большее угловое рассогласование для
ограничения потерь на том же уровне, что и
в случае меньшего значения апертуры.
При
правильном использовании соединителя
угловое рассогласование ориентации
практически исключается, так что
связанные с этим эффектом потери
существенно меньше потерь, связанных с
боковым смещением. Дело в том, что при
скалывании волокна и полировке стекла
контролируется перпендикулярность
поверхности по отношению к оси волокна.
Гладкость
поверхности скола
Поверхность
скола должна быть гладкой и не содержать
дефекты типа трещин, выбоин и заусениц.
Неровная поверхность разрушает
геометрическую картину световых лучей и
рассеивает их, что затрудняет ввод лучей
во второе волокно.
|