Światłowody - podstawowe parametry

Rys. 1. Schemat typowego włókna światłowodowego

Zasada działania

Światłowody opierają swoje działanie na zasadzie całkowitego wewnętrznego odbicia światła na granicy rdzeń - płaszcz.

Rys. 2. Promienie prowadzone i promienie wyciekające w światłowodzie

Prawo Sneliusa:

Kąt graniczny:

Parametry

• Optyczne: tłumienie, dyspersja, straty Fresnela, współczynnik załamania, różnica współczynników załamania rdzenia i płaszcza, apertura numeryczna, modowość, częstotliwość (grubość) znormalizowana V, grubość odcięcia modu (długość fali odcięcia), maksymalna moc prowadzona
• Geometryczne: średnica rdzenia i płaszcza, błąd koncentryczności pola modu i eliptyczność płaszcza
• Mechaniczne: wytrzymałość na rozciąganie i zginanie

Tłumienie

Definicja: Tłumienność A(λ) dla fali o długości λ pomiędzy dwoma przekrojami poprzecznymi włókna odległymi o L definiowana jest jako:
,
gdzie P₁(λ) to moc optyczna w przekroju poprzecznym 1, a P₂(λ) to moc optyczna w przekroju 2 dla fali o długości λ.

Dla światłowodu jednorodnego można zdefiniować tłumienność jednostkową (współczynnik niezależny od długości światłowodu):



Typowe wartości [dB/km]:

włókna jednomodowe

1310nm: 0,33-0,42
1550nm: 0,18-0,25

włókna wielomodowe (gradientowe)

850nm: 2,4 - 2,7 (50/125); 2,7 - 3,2 (62,5/125)
1300nm: 0,5 - 0,8 (50/125); 0,6 - 0,9 (62,5/125)


Dyspersja

Definicja: Dowolne zjawisko, w którym prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej zależy od długości fali.

W telekomunikacji terminu dyspersja używa się opisując procesy, w których sygnał niesiony przez falę elektromagnetyczną rozchodzącą się w ośrodku ulega degradacji. Degradacja ta występuje, ponieważ różne składowe fali (różniące się częstotliwościami lub wektorami falowymi) rozchodzą się z różnymi szybkościami.

Rodzaje dyspersji światłowodowej - jednostki i wartości:

1. Dyspersja międzymodowa [200-800 MHz/km]

2. Dyspersja chromatyczna (materiałowa + własna) [0-20 ps/km-nm]

3. Dyspersja polaryzacyjna [≤ 0,2 ps/km^1/2]


Długość fali odcięcia

Długość fali odcięcia to najmniejsza długość fali przy której w światłowodzie rozchodzi się tylko jeden mod. Przy długościach poniżej długości odcięcia w światłowodzie rozchodzi się kilka modów i światłowodu nie można uważać za jednomodowy.

We włóknach światłowodowych przejście od zachowania wielo do jednomodowego nie występuje gwałtownie, tylko dla pewnego zakresu długości fal.

Długość fali odcięcia jest definiowana jako długość dla której stosunek mocy całkowitej (wszystkie mody) do mocy modu podstawowego maleje do 0,1 dB.

Długość fali odcięcia zależy od długości, naprężeń i zagięć włókna. W konsekwencji otrzymujemy trzy definicje długości fali odcięcia (DFO):

• DFO kabla (mierzona przed instalacją),
• DFO włókna (mierzona na nie-kablowanym włóknie z pokryciem pierwotnym)
• DFO kabla przyłączeniowego.

Apertura numeryczna

Modowość

Definicja:

Mod – w falowodzie lub rezonatorze modem nazywamy jedną z dopuszczalnych struktur pola elektromagnetycznego. Dopuszczalne struktury pola otrzymamy korzystając z równań Maxwella i odpowiednich warunków brzegowych.

Podsumowanie

Wszystkie parametry światłowodów znajdziemy w standardach ITU:

G.650 - Definicje i metody testowania parametrów światłowodów jednomodowych
G.651 - Charakterystyki wielomodowych gradientowych kabli światłowodowych typu 50/125 μm
G.652 - Charakterystyki jednomodowych kabli światłowodowych
G.653 - Charakterystyki jednomodowych kabli światłowodowych z przesuniętą dyspersją
G.654 - Charakterystyki światłowodowych kabli jednomodowych z minimum tłumienia (optymalizowanych) dla 1550 nm
G.655 - Charakterystyki jednomodowych kabli światłowodowych z niezerową dyspersją