рактеристики, хотя и не столь хорошие, как у полностью стеклянного волокна, являются вполне приемлемыми.

Пластические волокна имеют пластиковое ядро и пластиковую оптическую оболочку. По сравнению с другими видами волокон пласгикшые имеют ограниченные возможности с точки зрения затухания и полосы пропускания. Однако низкая себестоимость и простота использования делают их привлекательными там, где требования к величинам затухания и полосе пропускания не столь высоки. Электромагнитная невосприимчивость и секретность передачи ршфор-мации по пластиковым волокнам делают их применение оправданным.

Пластиковые и PCS волокна не имеют защитных оболочек вокруг оптической оболочки.

Второй способ классификации волокон основан на рщдексе преломления ядра и модовой структуре света На рис. 5.3 показаны три основные особенности волокон в соответствии с этой классификацией.

Первая особенность - различие входного и выходного импульсов. Уменьшение амплитуды импульса связано с затуханием его мопщости. Расширение импульса связано с конечной полосой пропускания волокна и ограниченной ршформационной емкостью. Вторая особенность - траектории лучей, воз-никаюпщх при распространении света Третья особенность - распределения значений показателей преломления в ядре и оптической оболочке для

Входной Выходной импульс тлпульс

Режим

множестаенного отражения

Дисперсия

Нногомсдошй етупенчатый мщекс

Профиль

показателя

препомпения

Hit

малого числа отражений

Одномодовый ступенчатый индекс

Дисперсия

Ииогомодовый градиентный (сглажмный} индекс

Рис. 5.3. Типы распространения света в волокне (рисунок предоставлен AMP Incorporated)

различных типов волокон. Важность каждой из перечисленных особенностей будет ясна после рассмотрения всех видов волокон.

Моды

Мода представляет собой математическое и физическое понятие, связанное с процессом распространения электромагнитных волн в среде. В своей математической формулировке модовая теория возникает из уравнений Максвелла. Джеймс Клерк Максвелл, шотландский физик прошлого века, первым получил математическое вьфажение для соотношения между электрической и магнитной энергией. Он показал, что они являются лишь различными формами одного вида электромагнитной энергии, а не различными видами энергии, как полагали ранее. Из его уравнений также следует, что распространение этого вида излучения подчиняется строгим правилам. Уравнения Максвелла являются основой электромагнитной теории.

Мода представляет собой возможное решение уравнений Максвелла. В рамках излагаемого в данной книге материала под модой достаточно понимать вид траектории, вдоль которой может распространяться свет. Число мод, допускаемых волокном, колеблется от 1 до 100 ООО. Таким образом, волокно позволяет свету распространяться по множеству траекторий, число которых зависит от размера и свойств волокна.

Профиль индекса преломления

Профиль индекса преломления отображает соотношение между индексами ядра и оптической оболочки. Существуют два основных вида профиля: ступенчатый и сглаженный (градиентный). Волокно со ступенчатым профилем имеет ядро с однородным показателем преломления. При этом показатель преломления испытывает резкий скачок на границе между ядром и оптической оболочкой. Напротив, в случае сглаженного профиля показатель преломления ядра не является однородным: показатель максимален в центре и постепенно спадает вплоть до оптической оболочки. Кроме того, на границе между ядром и оптической об1олочкой отсутствует резкий скачок показателя преломления.

В соответствии с данной классификацией существует три вида оптических волокон:

1. Многомодовое волокно со ступенчатым индексом (обычно называемое волокном со ступенчатым индексом).

2. Многомодовое волокно со сглаженным индексом (волокно со сглаженным индексом).

3. Одномодовое волокно со ступенчатым индексом (одномодовое волокно).

Характеристики каждого из типов волокон в существенной степени определяются областью применения. Важность каждого из типов волокон будет понятна из дальнейшего изложения.

Волокно со ступенчатым индексом

Многомодовое волокно со ступенчатым индексом - наиболее простой тип волокон. Оно имеет ядро диаметром от 100 до 970 микрон и может быть чисто стеклянным, PCS, или пластиковым. Данный тип волокна является наиболее распространенным, хотя и не обеспечивает максимальную пошсу пропускания и минимальные потери.

Поскольку свет испытывает отражение под разными углами на разных траекториях (в различных модах), длина пуги, соответствующая различным модам, также отличается. Таким образом, различные лучи затрачивают меньше или больше времени на прохождение одной и той оке длины волокна. Лучи, которые движугся вдоль центральной оси ядра без отражений, достигают противоположного конца волокна первыми. Косые лучи появляются позднее. Свет, попадающий в волокно в одно и то же время, достигает противоположного конца в различные моменты времени. Световой импульс расплывается во времени.

Это расплывание называется модовой дисперсией. Импульс света, который имел первоначально узкий, строго определенный профиль, в дальнейшем расширяется во времени. Дисперсия может быть обусловлена несколькими причинами. Модовая дисперсия возникает в результате различных длин траекторий, соответствующих различным модам волокна.

Представьте три гоночных автомобиля, двигающихся с одной и той же скоростью. Первая машина движется по прямой линии, соответствующей моде нулевого порядка, в траектории которой отсутствуют отражения. Вторая машина движется по наиболее длинному пути, соответствующему моде максимального порядка. Поскольку ее скорость совпадает со скоростью первого автомобиля, она постоянно будет сзади, проходя много поворотов. Третий автомобиль движется по промежуточной траектории. Если все три автомобиля в одно и то же время начинают двигаться к финишной линии, находящейся на расстоянии одной мили, то, очевидно, что они достигнут ее в различные мометгты времетш. Аналогичное утверждение справедливо и для лучей, распространяющихся в волокне.

Типичное значение модовой дисперсии для волокна со ступенчатым профилем показателя преломления составляет от 15 до 30 н сек/км. Это означает, что лучи света, попадая в волокно одновременно, достигают противоположного котща волокна длиной в один километр с интервалом от 15 до 30 наносекунд. При этом первыми приходят лучи, двигающиеся вдоль цетгтральной оси.

Пятнадцать или тридцать наносекунд могут показаться не столь уж большим итгтервалом времени, однако, иметшо модовая дисперсия огратшчивает возможную полосу пропускатшя отгтического волокна. Расплывание импульса приводит к перекрыванию крыльев соседних импульсов, как изображено на рис. 5.4. Вследствие этого импульсы трудно отличить один от другого, а заключенная в 1шх информация теряется. Уменьшетше дисперсии приводит к увеличетшю полосы пропускатшя.