Parametrii Cablurilor Optice

2.1. Scopul lucrării: studierea şi calculul parametrilor geometrici, optici şi de transmisiune ai fibrelor optice; studierea construcţiei cablurilor optice.

2.2. Noţiuni teoretice:

Parametrii geometrici ai fibrelor optice. Parametrii geometrici de bază ai fibrelor optice sunt:

– diametrul miezului;

– diametrul învelişului;

– diametrul stratului protector;

– forma eliptică a miezului;

– forma eliptică a învelişului;

– inconcentricitatea miezului şi învelişului.

Fig.2.1. Parametrii neomogenităţilor în fibra optică; a – forma eliptică; b – inconcentricitatea miezului şi învelişului fibrei optice

Forma eliptică a miezului fibrei optice se calculează ca diferenţa diametrelor maxim şi minim ale miezului, divizată la diametrul nominal al miezului şi se determină numai pentru fibrele multimod. Forma eliptică a învelişului se determină atât pentru fibrele multimod, cât şi pentru cele monomod. Forma eliptică a miezului fibrei optice (fig.2.1 a) se determină cu expresia

, (2.1)

unde Нm–forma eliptică a miezului, %; dmax, dmin– corespunzător sunt diametrul maxim şi minim al miezului, m; dn –diametrul nominal al miezului, m;

Forma eliptică a învelişului fibrei optice se determină cu relaţia

, (2.2)

unde Нi – forma eliptică a învelişului, %; dmax, dmin – corespunzător sunt diametrele maxim şi minim ale învelişului, m; dn – diametrul nominal al învelişului, m;

Inconcentricitatea miezului în raport cu învelişul se determină ca distanţa între centrele învelişului şi miezului fibrei optice (fig.2.1 b) şi se calculează cu expresia

, (2.3)

unde - inconcentricitatea miezului în raport cu învelişul, m; Cm – coordonata centrului miezului, m; Ci – coordonata centrului învelişului, m.

Parametrii geometrici sunt standarde pentru diferite tipuri de fibre optice.

Parametrii optici de bază ai fibrelor sunt:

- diferenţa relativă a indicilor de refracţie ();

- apertura numerică (NA);

- frecvenţa normată (v);

- numărul modelor care se propagă (M);

- diametrul câmpului modei (dcm);

- lungimea de undă critică (cr).

Diferenţa relativă a indicelor de refracţie. Diferenţa relativă a indicelor de refracţie a miezului şi învelişului fibrei optice se determină cu relaţia

. (2.4)

Apertura numerică. Când lumina este injectată în deschiderea fibrei (vezi fig.2.2), ea este refractată faţă de normală, creând un unghi maxim de incidenţă, unghiul de acceptanţă.

Fig.2.2. Conul de acceptanţă al fibrei.

Sinusul unghiului de acceptanţă este definit ca apertura numerică (NA) şi este calculat prin intermediul indicelor de refracţie a celor două materiale implicate:

. (2.5)

Deschizătura, prin care lumina se introduce în fibră este de fapt tridimensională. Astfel unchiul de acceptanţă este unghiul conului, numit con de acceptanţă (vezi fig.2.2).

Apertura numerică determină condiţiile de introducere a semnalelor optice şi procesele de propagare în fibra optică şi se calculează pentru:

- fibrele optice cu profilul indicelui de refracţie în trepte

; (2.6)

- fibrele optice cu profilul indicelui de refracţie gradient

; (2.7)

În fibrele optice cu gradient se foloseşte noţiunea de apertură numerică locală. Valoarea ei este maximală pe axa fibrei şi egală cu zero la graniţa de separare miez – înveliş.

Frecvenţa normată. Frecvenţa normată determină numărul de mode şi este egală cu