Потери, возникающие в местах состыковки волоконно-оптических кабелей

Совершенно особый вид потерь связан с использованием волоконно-оптических соединителей (соединительных муфт или устройств сочленения) волоконно-оптических кабелей, так как на каждом таком сочленении неизбежны потери светового сигнала. При этом различается несколько видов потерь.

Несовпадение диаметров стекловолокна.Данный вид потерь возникает при переходе от стекловолокна большего диаметра (DL) к стекловолокну с меньшим диаметром (DS), т.е. оптический сигнал из волоконно-оптического кабеля с большим диаметром поступает в кабель с меньшим диаметром сердцевины. В децибельной шкале эти потери определяются с помощью выражения:

(10-23)

Потери из-за рассогласования значений числовой апертуры.Другой тип потерь, возникающих при состыковке волоконно-оптических кабелей, возникает в случае, когда различаются значения числовых апертур двух волоконно-оптических кабелей. Если NAr — значение числовой апертуры световодной жилы кабеля, в который поступает оптический сигнал, а NAt — значение числовой апертуры световодной жилы кабеля, из которого оптический сигнал выходит, то величина потерь определяется выражением:

(10-24)

Потери на отражение (потери Фреcнеля).Эти потери возникают в воздушном промежутке в плоскости сочленения (на стыке) двух волоконно-оптических кабелей (рис. 10.14а) и своим происхождением обязаны значительным различиям в коэффициентах преломления материала стекловолокна и воздуха.

Рис. 10.14.Механизм потерь на отражение

Этот вид потерь в действительности должен подразделяться на два вида: потери, происходящие за счет отражения на внутренней стороне поверхности раздела (внутренней торцевой поверхности кабеля), и потери, происходящие за счет отражения на внешней, противоположной стороне воздушного зазора в месте сочленения с торцом второго волоконно-оптического кабеля. Как правило, потери за счет отражения на внутренней поверхности составляют порядка 4%, тогда как потери за счет отражения на внешней поверхности составляют около 8%.

Любой вид отражения в передающей системе может быть смоделирован подобно тому, как производится моделирование отражения в системах радиосвязи. Изучение стоячих волн и связанных с ними эффектов в учебниках по СВЧ системам может помочь пониманию связанных с отражением сигнала проблем. Для определения величины отражения во взаимодействующих оптических системах используются аналогичные математические выражения:

(10-25)

где

Γ— коэффициент отражения,

n1 — коэффициент преломления среды, в которую поступает сигнал,

n2 — коэффициент преломления среды, по которой передается сигнал.

Несовпадение коэффициентов преломления двух сред приводит к появлению совершенно аналогичной проблемы, возникающей в электронике при несовпадении величин полного комплексного сопротивления, наблюдаемого в линиях передачи.

При этом средство избавления от проблемы тоже аналогично. Подобно тому, как в линиях передачи используют схемы согласования нагрузок при подключении линий, в волоконно-оптических системах должны использоваться соединители, согласующие аналогичные полному комплексному сопротивлению линий параметры, которыми в рассматриваемом случае являются коэффициенты преломления.

На рис. 10.14б приведен пример согласованного соединения, осуществляемого между торцами двух соединяемых волоконно-оптических кабелей с применением жидкости или геля, которые имеют коэффициент преломления достаточно близкий к значению данного параметра для материала сердцевины кабеля (оптическая линза при этом может как использоваться, так и нет, в зависимости от конкретной системы связи). Потери на отражение в таком случае либо сводятся к минимальному значению, либо отсутствуют вообще.