Лабораторная работа №1 исследование сетевых компонентов с помощью имитатора net-simulator лабораторная работа №2

3.3. Затухание сигнала в волоконных световодах. 
 
Затухание и потери являются параметрами определяющими дальность передачи по 
оптическому кабелю и его эффективность. 
Затухание 
световодных 
трактов 
волоконно-оптических 
кабелей 
характеризуется 
собственными потерями в волоконных световодах (
с
) и дополнительными потерями, 
обусловленными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной 
оболочки при изготовлении кабеля (
к
). 
Собственные потери волоконных световодов 2
с
= 
п
+
р
+
пр
, (3.6.) 
состоит в первую очередь из потерь поглощения 
п 
и потерь рассеяния 
р
. Потери на 
поглощение существенно зависят от частоты материала и при наличии посторонних 
примесей 
пр
могут быть значительными. 
Затухание в результате поглощения 
п 
связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, 
линейно растёт с частотой, существенно зависит от свойств материала световода (tg ) и 
определяется по формуле 
п
= (( n
1
tg )/ ) 4.34, дБ/км, (3.7.) 
где: n
1
- показатель преломления сердцевины; 
0.8 
1.0 
1.2 
1.6 
0 
50 
100 
150 
М( ) 
В( ) 
мкм 
-
50 

---

26 
- длина волны, км; 
tg - тангенс угла диэлектрических потерь световода, tg = 10
-11
-10
; 
Частотная зависимость затухания поглощения имеет линейный характер при постоянных 
значениях n1. 
п 
= (3.14 1.496
-11
/1.55
-9
)
= 0.132 дБ/км. 
Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры 
которого меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления 
р
= 4.34 (
³/3
4
) (n
1
2
-1) К Т æ 10³, дБ/км, (3.8.) 
где: n
1
- показатель преломления сердцевины; 
- длина волны, м; 
К= 1.38
-23
Дж/К – постоянная Больцмана; 
Т= 1500К – температура перехода стекла в твёрдую фазу; 
æ = 8.1
-11
м/н – коэффициент сжимаемости. 
Такое рассеяние называют Релеевским, и оно растёт с частотой пропорциональности f
4
. 
Потери на рассеяние определяют нижний предел потерь ОВ. 
р 
= 4.34
4
)
6
10
55
.
1
(
3
3
14
.
3
8
(1.496
2
-1) 1.38 10
-23
1500 8.1 10
-11
10
3 
= 0.016 дБ/км. 
Тогда собственные потери мощности в ОВ рассчитываем по формуле 
с
= 
п
+
р
, дБ/км, (3.9.) 
с
= 0.132+0.016 = 0.148 дБ/км 
Общее затухание сигнала в ОК 
: 
= 
с
+
к
, дБ/км, (3.10.) 
Кабельные потери в ОК обусловлены деформацией ОВ в процессе изготовления, 
скруткой, изгибами волокон и так далее. В общем случае дополнительное затухание 
к 
=
i
, (3.11.) 
где: 
1
– затухание вследствие изменения на микроизгибах, дБ; 
2
– то же на микроизгибах, дБ; 
7 
I=1 

---

27 
3
– затухание вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе 
изготовления кабеля. Потери на микроизгибах можно рассчитать по формуле: 
= N( h
2
а
4
/в
6
∆
3
) 10
-3
, дБ, (3.12.), 6
где: N – число микроизгибов; 
h – высота (радиус) микроизгиба, мкм; 
а – радиус волокна, мкм; 
в – диаметр волокна, мкм; 
Δ – относительная разность показателей преломления 
Δ= (n
1
-n
2
)/n
1
, (3.13.), 6
Микроизгибы представляют собой мелкие локальные (сравнимые с диаметром волокна) 
нарушения прямолинейности волокна. Они обусловлены конструкторско-
технологическими неоднородностями, возникающими при изготовлении кабеля и самого 
волокна. 
Микроизгибы обусловлены скруткой ОВ по длине кабеля, а также наличием изгибов. 
Здесь радиус изгиба существенно больше диаметра волокна 6
2 
= 10lg n
1
² - n
2
²/(n
1
² - ((R+1)²/(R-1)²)·n
2
²)], дБ, (3.14.) 
где: R=R
изг
/d, R
изг
– радиус изгиба волокна. 
Потери термомеханического характера (
обусловлены различием в температурных 
коэффициентах удлинения стекла и материала оболочки, в силу чего появляются внутренние 
напряжения, сюда же относятся механические воздействия на волокна в процессе 
изготовления кабеля. 
Потери в защитной оболочке (
к
) характеризуются тем, что при полном внутреннем 
отражении часть энергии просачивается во внешнее пространство, окружающее световод, и 
затухает по экспоненциальному закону. Эта энергия достигает защитной оболочки и 
поглощается её. Такое проникновение называется туннельным эффектом. Потери в защитной 
оболочке (
4 
) принимаются равными 0.1 … 0.3 дБ/км. 
5
– затухание вследствие температурной зависимости коэффициента преломления 
материалов ОВ, дБ; 
6 
– затухание возникающее вследствие кручения ОВ относительно его оси (осевые 
напряжения скручивания, дБ); 
7
– возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ, дБ.
Наряду с перечисленными, дополнительное затухание возникает на местах стыка оптических 
волокон. Когда световоды имеют близкие по значению поперечные размеры и профили 
показателей преломления, то их можно соединить стыковкой торцов. Стыки световодов 

---

28 
влияют на потери и дисперсию сигналов в линии передачи. Потери можно разделить на две 
группы. К первой относятся потери вызванные радиальным (боковым) смещением осей 
световодов, угловым рассогласованием, зазорам между торцами (продольным смещеним), 
качеством обработки поверхности торцов соединяемых световодов (наличием царапин, 
микронеровностей и так далее). 
Ко второй группе относятся потери вызванные различием числовых апертур стыкуемых 
световодов, диаметром сердечников, не концентричностью и эллиптичностью последних, 
френелевским отражением. 
Наиболее жёсткие требования предъявляются при радиальном и угловом смещении. Наличие 
зазора между торцами волокон меньше влияет на потери. 
Примем 
к
= 0.1 дБ/км. Тогда общее затухание сигнала в оптическом кабеле : 
= 0.145+0.1 = 0.248 дБ/км. 
В результате суммирования указанных потерь получается кривая потерь в реальном кварце, 
показанная на рисунке 3.3. Зоны минимальных потерь называются окнами прозрачности. 
Первое окно прозрачности соответствует 1 = 0.85 мкм, второе - 2 = 1.3 мкм, третье - 3 = 
1.55 мкм. 
Рисунок 3.3. – Зависимость коэффициента затухания световода от длины волны: 
1- при поглощении для ультрафиолетовых лучей, 
2- при поглощении для инфракрасных лучей, 
3- при потерях на рассеяние.