Стр. 1 Лазеры в технике связи 1

1.4 Световодные линии связи

Оптические линии связи, в которых луч лазера между передатчиком и приемником распространяется в окружающем их пространстве, имеют ряд недостатков: значительное ослабление луча, сильное влияние окружающей среды на работу линии связи, ограничение дальности расстоянием прямой видимости. Для устранения этих недостатков в системах связи применяют оптические волноводы - световоды.

Волноводы можно разделить на два класса. К первому относятся волноводы, в которых электромагнитные волны распространяются благодаря многократным отражениям между двумя проводящими поверхностями, ко второму — те, в которых распространение происходит благодаря многократному отражению на границах диэлектрической среды, обусловленному изменением коэффициента преломления. Конфокальные линзовые и зеркальные системы не являются волноводами в указанном смысле, однако мы рассмотрим их, называя в дальнейшем «лучеводами».

1.4.1 Основные типы световодов

В волноводах первого класса лучи многократно отражаются от металлических стенок волновода, следуя по зигзагообразной траектории. Волновод обычно заполняется инертным газом с малыми потерями. Затухание определяется неполным отражением от стенок и зависит от состояния металлических стенок, поляризации и угла скольжения. Для достижения наименьших потерь вектор электрического поля должен быть тангенциален к отражающей поверхности, а угол скольжения — мал.

При определении угла скольжения образуется, поле волны соответствующего типа (мода). На оптических частотах эти моды не могут быть разделены, так как они связаны друг с другом по случайному закону из-за наличия малых неоднородностей на стенках волновода. Это явление ведет к искажению сигнала и накладывает определенные ограничения на характеристики волноводов.
В зависимости от допусков на точность механического изготовления устанавливают пределы применимости волноводов. Чем выше частота, тем жестче должны быть допуски. Во всех случаях при уменьшении диаметра волновода искажение сигнала из-за преобразования мод несколько уменьшается, но при этом сильно увеличиваются дисперсионные искажения и затухание.
Второй класс волноводов включает в себя диэлектрический стержень и его варианты. В этих волноводах лучи также идут по зигзагообразному пути в результате многократного отражения от границы диэлектрика с воздухом. В случае применения обычных диэлектриков потери на отражение при падении под некоторым углом значительно больше, чем в волноводах первого класса. Но при углах скольжения , меньше критического угла для этого диэлектрика, происходит полное внутреннее отражение. Именно такое распространение и рассматривается в волноводах второго класса. Затухание волн здесь происходит из-за потерь в самом диэлектрике.
В диэлектрическом стержне, так же как и в волноводах первого класса, возможно одномодовое и многомодовое распространение сигнала. Многомодовое распространение наблюдается тогда, когда величина диаметра волновода составляет несколько длин волн. Уменьшение диаметра приводит к одномодовому режиму передачи.