Оптическое волокно с переменным показателем преломления

Решением проблемы, связанной с дисперсией в волоконно-оптических системах связи, явилось создание оптического волокна, у которого в радиальном направлении плоскости сечения непрерывно изменяется коэффициент преломления, значение которого уменьшается с увеличением расстояния от оптической оси. Так как волоконно-оптические кабели с непрерывно изменяющимся значением коэффициента преломления достаточно сложны с точки зрения технологии их изготовления, на практике оказалось возможным изготовить оптическое волокно, состоящее из нескольких концентрично расположенных слоев, имеющих различные коэффициенты преломления (рис. 10.11).

Рис. 10.11.Оптическое волокно с переменным показателем преломления

Волоконно-оптический кабель такой конструкции получил название оптического волокна с переменным показателем преломления.

Суммарный коэффициент преломления определяет числовую апертуру оптического волокна и определяется как среднее значение, вычисленное из значений различных слоев.

В оптическом волокне с переменным показателем преломления скорость распространения светового пучка в материале будет больше в слое, расположенном дальше от оптической оси по сравнению со слоями, лежащими ближе к оси. В результате моды более высокого порядка будут распространяться быстрее, чем световые волны более низкого порядка.

Количество мод, распространение которых возможно в волоконно-оптическом кабеле с переменным значением коэффициента преломления, определяется выражением:

(10-16)

Некоторые оптические волокна предназначены для работы с так называемым критическим значением моды, обозначаемым HE11 (по аналогии с СВЧ-техникой), при котором сердцевина оптического волокна изготавливается очень тонкой по сравнению с моногомодовыми волоконно-оптическими кабелями. Так как диаметр сердцевины уменьшен, то, естественно, снижается возможное количество мод, поэтому такие волоконно-оптические кабели получили название одномодовых (следует отметить, что специально для Соединенного Королевства Великобритании используется наименование одномодовых). Если сердцевина такого волоконно-оптического кабеля составляет от 5 до 8 мкм, то в этом случае становится возможным использование лишь одной моды HE11. Критический диаметр, необходимый для одномодового режима работы, можно определить с использованием следующего выражения:

(10-17)

Так как в одномодовом волоконно-оптическом кабеле снижается количество вероятных для использования мод, то в них также снижается значение межмодовой дисперсии. Таким образом, одномодовые волоконно-оптические кабели способны обеспечить экстремально высокие значения скорости передачи данных либо же очень высокое значение полосы пропускания для аналогового сигнала.