1.Как комбинируются оптические волокна?

Ответ: Оптическое волокно состоит из двух основных частей: сердцевины, изготовленной из прозрачных оптических материалов, и оболочки и покровного слоя.

2. Каковы основные параметры, описывающие характеристики передачи волоконно-оптических линий?

Ответ: Они включают потери, дисперсию, полосу пропускания, длину волны отсечки, диаметр поля моды и т. д.

3. Каковы причины затухания волокна?

Ответ: Затухание волокна относится к уменьшению оптической мощности между двумя поперечными сечениями волокна, что связано с длиной волны. Основными причинами затухания являются рассеяние, поглощение и оптические потери, вызванные соединителями и соединениями.

4. Как определяется коэффициент затухания оптического волокна?

Ответ: Он определяется затуханием на единицу длины однородного оптического волокна в устойчивом состоянии (дБ/км).

5. Что такое вносимые потери?

Ответ: Это относится к затуханию, вызванному вставкой оптических компонентов (например, вставкой разъемов или соединителей) в оптическую линию передачи.

6. От чего зависит пропускная способность оптоволокна?

Ответ: Полоса пропускания оптического волокна относится к частоте модуляции, когда амплитуда оптической мощности уменьшается на 50% или 3 дБ по сравнению с амплитудой нулевой частоты в передаточной функции оптического волокна. Полоса пропускания оптического волокна приблизительно обратно пропорциональна его длине, а произведение полосы пропускания и длины является константой.

7. Сколько существует типов дисперсии оптического волокна и с чем это связано?

Ответ: Дисперсия оптического волокна относится к расширению групповой задержки в оптическом волокне, включая дисперсию мод, материальную дисперсию и структурную дисперсию. Она зависит от характеристик как источника света, так и оптического волокна.

8. Как описать дисперсионные характеристики сигналов, распространяющихся в оптоволокне?

Ответ: Его можно описать тремя физическими величинами: уширением импульса, полосой пропускания оптического волокна и коэффициентом дисперсии оптического волокна.

9. Какова граничная длина волны?

Ответ: Это относится к самой короткой длине волны, которая может передавать только основную моду в оптическом волокне. Для одномодового оптического волокна его граничная длина волны должна быть короче длины волны передаваемого света.

10. Какое влияние окажет дисперсия оптического волокна на производительность волоконно-оптической системы связи?

Ответ: Дисперсия оптического волокна приведет к расширению оптического импульса во время передачи по оптоволокну, что повлияет на частоту появления ошибок по битам, расстояние передачи и скорость системы.

11. Что такое метод обратного рассеяния?

Ответ: Метод обратного рассеяния — это метод измерения затухания по длине оптического волокна. Большая часть оптической мощности в оптическом волокне распространяется вперед, но небольшая часть рассеивается обратно к излучателю света. Используя спектрометр на излучателе света для наблюдения за временной кривой обратного рассеяния, можно не только измерить длину и затухание подключенного однородного оптического волокна с одного конца, но также можно измерить локальные неровности, точки разрыва и потери оптической мощности, вызванные соединениями и разъемами.

12. Каков принцип работы оптического рефлектометра (OTDR)? Каковы его функции?

Ответ: OTDR основан на принципе обратного рассеяния света и френелевского отражения. Он использует обратно рассеянный свет, генерируемый при распространении света в оптическом волокне, для получения информации о затухании. Его можно использовать для измерения затухания оптического волокна, потерь в соединениях, определения места повреждения оптического волокна и понимания распределения потерь по длине оптического волокна. Это незаменимый инструмент при строительстве, обслуживании и мониторинге оптического кабеля. Его основными показателями являются: динамический диапазон, чувствительность, разрешение, время измерения и мертвая зона.

13.Что такое слепая зона OTDR? Каково влияние на тест? Как бороться со слепой зоной при реальном тестировании?

Ответ: Обычно слепыми зонами называют ряд «слепых пятен», вызванных насыщением приемного конца OTDR из-за отражений, создаваемых характерными точками, такими как активные разъемы и механические соединения.

Слепые зоны в оптических волокнах делятся на зоны с мертвой зоной по событиям и зоны с мертвой зоной по затуханию: расстояние от начальной точки пика отражения до пика насыщения приемника, вызванного вмешательством активных разъемов, называется зонами с мертвой зоной по событиям; расстояние от начальной точки пика отражения до других идентифицируемых точек событий, вызванных вмешательством активных разъемов в оптических волокнах, называется зонами с мертвой зоной по затуханию.

Для OTDR, чем меньше слепая зона, тем лучше. Слепая зона будет увеличиваться с увеличением ширины уширения импульса. Хотя увеличение ширины импульса увеличивает длину измерения, оно также увеличивает слепую зону измерения. Поэтому при тестировании оптических волокон следует использовать узкие импульсы для измерения оптического волокна и соседних точек событий аксессуаров OTDR, в то время как широкие импульсы следует использовать для измерения дальнего конца оптического волокна.

14.Может ли OTDR измерять различные типы оптических волокон?

A: Если вы используете одномодовый модуль OTDR для измерения многомодового волокна или используете многомодовый модуль OTDR для измерения одномодового волокна с диаметром сердцевины 62,5 мм, результат измерения длины волокна не будет затронут, но результаты потерь волокна, потерь оптического разъема и обратных потерь будут неверными. Поэтому при измерении оптического волокна необходимо выбрать OTDR, который соответствует измеряемому волокну для измерения, чтобы вы могли получить правильные результаты для всех показателей производительности.

15. Что означает «1310 нм» или «1550 нм» в обычных оптических контрольно-измерительных приборах?

A: Это относится к длине волны оптического сигнала. Диапазон длин волн, используемый в оптоволоконной связи, находится в ближней инфракрасной области с длиной волны от 800 нм до 1700 нм. Его часто делят на коротковолновые диапазоны и длинноволновые диапазоны, первый относится к длине волны 850 нм, а последний относится к 1310 нм и 1550 нм.

16. Какая длина волны света имеет наименьшую дисперсию в современных коммерческих оптических волокнах? Какая длина волны света имеет наименьшие потери?

Ответ: Свет с длиной волны 1310 нм имеет наименьшую дисперсию, а свет с длиной волны 1550 нм имеет наименьшие потери.

17. Как классифицируются оптические волокна по изменению показателя преломления сердцевины оптического волокна?

Ответ: Их можно разделить на ступенчатые оптические волокна и градиентные оптические волокна. Ступенчатые оптические волокна имеют узкую полосу пропускания и подходят для маломощной связи на короткие расстояния; градиентные оптические волокна имеют широкую полосу пропускания и подходят для связи средней и большой емкости.

18. Как классифицируются оптические волокна в зависимости от различных мод световых волн, передаваемых в оптических волокнах?

Ответ: Их можно разделить на одномодовые оптические волокна и многомодовые оптические волокна. Диаметр сердцевины одномодовых оптических волокон составляет приблизительно от 1 до 10 мкм. На заданной рабочей длине волны передается только одна основная мода, что подходит для систем связи большой емкости и большой дальности. Многомодовые оптические волокна могут передавать несколько мод световых волн с диаметром сердцевины приблизительно от 50 до 60 мкм, а их характеристики передачи хуже, чем у одномодовых оптических волокон.

При передаче тока дифференциальной защиты мультиплексной защиты часто используются многомодовые оптические волокна между оптоэлектронным преобразовательным устройством, установленным в помещении связи подстанции, и устройством защиты, установленным в главном диспетчерском пункте.

19. Каково значение числовой апертуры (NA) оптического волокна со ступенчатым показателем преломления?

Ответ: Числовая апертура (NA) указывает на способность оптического волокна собирать свет. Чем больше NA, тем сильнее способность оптического волокна собирать свет.

20. Что такое двулучепреломление одномодового оптического волокна?

Ответ: В одномодовом оптическом волокне есть две ортогональные моды поляризации. Когда оптическое волокно не полностью цилиндрически симметрично, две ортогональные моды поляризации не вырождены. Абсолютное значение разницы в показателе преломления двух ортогональных мод поляризации является двулучепреломлением.

21. Каковы наиболее распространенные структуры оптического кабеля?

Ответ: Существует два типа: слоисто-скрученный и скелетный.

22. Каковы основные компоненты оптических кабелей?

Ответ: В его состав в основном входят: сердечник волокна, смазка оптического волокна, материал оболочки, ПБТ (полибутилентерефталат) и другие материалы.

23. Что подразумевается под броней оптических кабелей?

Ответ: Это относится к защитному элементу (обычно стальной проволоке или стальной ленте), используемому в оптических кабелях специального назначения (например, подводных оптических кабелях и т. д.). Броня крепится к внутренней оболочке оптического кабеля.

24. Какие материалы используются для оболочки оптических кабелей?

Ответ: Оболочка или кожух оптических кабелей обычно изготавливается из полиэтиленовых (ПЭ) и поливинилхлоридных (ПВХ) материалов, и ее функция заключается в защите сердечника кабеля от внешних воздействий.

25. Перечислите специальные оптические кабели, используемые в энергосистемах.

Ответ: В основном существуют три специальных оптических кабеля:

Композитный оптический кабель заземления (OPGW), оптическое волокно помещается в линию электропередачи многожильного каркаса из стали и алюминия. Применение оптического кабеля OPGW имеет двойную функцию заземления и связи, эффективно повышая коэффициент использования опор и вышек электропередач.

Обмотанный оптический кабель (GWWOP) — там, где имеется существующая линия передачи, этот тип оптического кабеля обматывается или подвешивается на заземляющий провод.

Самонесущий оптический кабель (ADSS) обладает высокой прочностью на разрыв и может быть подвешен непосредственно между двумя опорами линий электропередач на расстоянии до 1000 м.

26. Сколько существует структур применения оптического кабеля OPGW?

Ответ: В основном: 1) Пластиковая трубчатая структура слоя витой + алюминиевая трубчатая структура; 2) Центральная пластиковая трубчатая структура + алюминиевая трубчатая структура; 3) Алюминиевая каркасная структура; 4) Спиральная алюминиевая трубчатая структура; 5) Однослойная нержавеющая стальная трубчатая структура (центральная нержавеющая стальная трубчатая структура, нержавеющая стальная трубчатая структура слоя витой); 6) Композитная нержавеющая стальная трубчатая структура (центральная нержавеющая стальная трубчатая структура, нержавеющая стальная трубчатая структура слоя витой).

27. Каковы основные компоненты многожильного провода снаружи сердечника оптического кабеля OPGW?

Ответ: Он состоит из проволоки АА (проволока из алюминиевого сплава) и проволоки АС (проволока из стали, плакированная алюминием).

28. Какие технические условия необходимы для выбора моделей оптического кабеля OPGW?

Ответ: 1) Номинальная прочность на разрыв (RTS) кабеля OPGW (кН); 2) Количество жил волокна (SM) кабеля OPGW; 3) Ток короткого замыкания (кА); 4) Время короткого замыкания (с); 5) Диапазон температур (℃).

29. Как ограничивается степень изгиба оптического кабеля?

Ответ: Радиус изгиба оптического кабеля должен быть не менее 20-кратного внешнего диаметра оптического кабеля и не менее 30-кратного внешнего диаметра оптического кабеля во время строительства (нестатическое состояние).

30. На что следует обратить внимание при проектировании оптического кабеля ADSS?

Ответ: Существуют три основные технологии: механическое проектирование оптического кабеля, определение точек подвеса, а также выбор и установка поддерживающего оборудования.

31. Каковы основные типы оптоволоконной кабельной арматуры?

Ответ: Оптическая кабельная арматура относится к оборудованию, используемому для монтажа оптических кабелей, в основном к ним относятся: натяжные зажимы, подвесные зажимы, виброизоляторы и т. д.

32. Оптоволоконные соединители имеют два основных параметра производительности. Каковы они?

Ответ: Оптоволоконные разъемы обычно известны как живые соединения. Что касается требований к оптическим характеристикам одноволоконных разъемов, основное внимание уделяется двум основным параметрам производительности: вносимым потерям и возвратным потерям.

33. Сколько существует типов наиболее часто используемых оптоволоконных соединителей?

Ответ: Согласно различным методам классификации, оптоволоконные разъемы можно разделить на различные типы. Согласно различным средам передачи, их можно разделить на одномодовые оптоволоконные разъемы и многомодовые оптоволоконные разъемы; согласно различным структурам, их можно разделить на различные типы, такие как FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT и т. д.; согласно торцевой поверхности штыря разъема, их можно разделить на FC, PC (UPC) и APC. Обычно используемые оптоволоконные разъемы: оптоволоконный разъем типа FC/PC, оптоволоконный разъем типа SC, оптоволоконный разъем типа LC.

34. В волоконно-оптической системе связи обычно встречаются следующие элементы. Укажите их названия.

Адаптер AFC, FC Адаптер ST Адаптер SC Разъем FC/APC, FC/PC Разъем SC Разъем ST Патч-корд LC Патч-корд MU Одномодовый или многомодовый патч-корд.

35. Каковы вносимые потери (или потери на внесение) оптоволоконного соединителя?

Ответ: Это относится к значению снижения эффективной мощности линии передачи, вызванному вставкой разъема. Для пользователей, чем меньше значение, тем лучше. ITU-T устанавливает, что его значение не должно превышать 0,5 дБ.

36. Каковы обратные потери (или затухание отражения, обратные потери, возвратные потери) волоконно-оптического соединителя?

Ответ: Это мера входной составляющей мощности, отраженной от разъема и возвращенной по входному каналу. Ее типичное значение должно быть не менее 25 дБ.

37. В чем заключается наиболее существенное различие между светом, излучаемым светодиодами и полупроводниковыми лазерами?

Ответ: Свет, генерируемый светодиодом, представляет собой некогерентный свет с широким спектром; свет, генерируемый лазером, представляет собой когерентный свет с очень узким спектром.

38. Каково наиболее очевидное различие между рабочими характеристиками светодиода (СИД) и полупроводникового лазера (ЛД)?

Ответ: У светодиода нет порога, а у ЛД есть. Лазер будет генерироваться только тогда, когда инжектируемый ток превысит порог.

39. Какие два полупроводниковых лазера с одной продольной модой обычно используются?

Ответ: DFB-лазер и DBR-лазер — оба являются лазерами с распределенной обратной связью, и их оптическая обратная связь обеспечивается решеткой Брэгга с распределенной обратной связью в оптическом резонаторе.

40. Каковы два основных типа оптических приемных устройств?

Ответ: В основном это фотодиоды (PIN-транзисторы) и лавинные фотодиоды (APD).

41. Какие факторы вызывают шум в волоконно-оптических системах связи?

Ответ: Существуют шумы, вызванные неквалифицированным коэффициентом затухания, шумы, вызванные случайными изменениями интенсивности света, шумы, вызванные временным дрожанием, точечные шумы и тепловые шумы приемника, модовые шумы оптоволокна, шумы, вызванные уширением импульса, вызванным дисперсией, шумы распределения мод лазерного диода, шумы, вызванные частотной модуляцией лазерного диода, и шумы, вызванные отражением.

42. Какие основные оптические волокна в настоящее время используются для построения сетей передачи данных? Каковы их основные характеристики?

Ответ: Существует три основных типа, а именно: обычное одномодовое оптическое волокно G.652, одномодовое оптическое волокно со смещенной дисперсией G.653 и оптическое волокно со смещенной ненулевой дисперсией G.655.

Одномодовое волокно G.652 имеет большую дисперсию в C-диапазоне 1530-1565 нм и L-диапазоне 1565-1625 нм, как правило, 17-22 пснм•км. Когда скорость системы достигает 2,5 Гбит/с или выше, требуется компенсация дисперсии. При 10 Гбит/с стоимость компенсации дисперсии системы относительно высока. Это наиболее часто используемое волокно в современной сети передачи.

Дисперсия волокна со смещенной дисперсией G.653 в C-диапазоне и L-диапазоне обычно составляет -1-3,5 пснм•км, а на 1550 нм она равна нулю. Скорость системы может достигать 20 Гбит/с и 40 Гбит/с, что делает его лучшим волокном для одноволновой сверхдальней передачи. Однако из-за его характеристик нулевой дисперсии при использовании DWDM для расширения емкости будут возникать нелинейные эффекты, что приведет к перекрестным помехам сигнала и четырехволновому смешиванию FWM, поэтому оно не подходит для DWDM.

G.655 non-zerodispersed-shifted fiber: Дисперсия G.655 non-zerodispersed-shifted fiber в диапазоне C составляет от 1 до 6 psnm•км, а дисперсия в диапазоне L обычно составляет от 6 до 10 psnm•км. Дисперсия мала, избегая области нулевой дисперсии, подавляя четырехволновое смешение FWM, и может использоваться для расширения емкости DWDM и открытия высокоскоростных систем. Новое волокно G.655 может расширить эффективную площадь в 1,5–2 раза по сравнению с обычными оптоволоконными кабелями. Большая эффективная площадь может снизить плотность мощности и уменьшить нелинейный эффект оптоволокна.

43. Какова нелинейность оптического волокна?

Ответ: Это означает, что когда оптическая мощность волокна превышает определенное значение, показатель преломления оптического волокна будет нелинейно связан с оптической мощностью, и возникнет комбинационное рассеяние и рассеяние Бриллюэна, что приведет к изменению частоты падающего света.

44. Какое влияние нелинейность оптического волокна окажет на передачу?

Ответ: Нелинейный эффект вызовет некоторые дополнительные потери и помехи, ухудшая производительность системы. Оптическая мощность системы WDM велика и передается на большое расстояние по оптоволокну, поэтому возникают нелинейные искажения. Существует два типа нелинейных искажений: вынужденное рассеяние и нелинейная рефракция. Среди них вынужденное рассеяние включает в себя рамановское рассеяние и рассеяние Бриллюэна. Вышеуказанные два типа рассеяния уменьшают энергию падающего света, вызывая потери. Это можно игнорировать, если входная мощность волокна мала.

45. Что такое PON (пассивная оптическая сеть)?

Ответ: PON — это оптоволоконная кольцевая сеть в локальной сети доступа пользователя, основанная на пассивных оптических устройствах, таких как соединители и разветвители.

Различные причины затухания оптоволокна

1. Основными факторами, вызывающими затухание волокна, являются: собственное затухание, изгиб, экструзия, примеси, неровности и стыковка.

Внутренние: это собственные потери оптического волокна, включая: рэлеевское рассеяние, собственное поглощение и т. д.

Изгиб: При изгибе оптического волокна часть света в оптическом волокне теряется из-за рассеивания, что приводит к потерям.

Экструзия: потери, вызванные небольшим изгибом при сдавливании оптического волокна.

Примеси: Примеси в оптическом волокне поглощают и рассеивают свет, распространяющийся по оптоволокну, что приводит к потерям.

Неравномерность: потери, вызванные неравномерным показателем преломления материала оптического волокна.

Стыковка: потери, возникающие при стыковке оптических волокон, такие как: разные оси (требование к коаксиальности одномодового оптического волокна составляет менее 0,8 мкм), торец не перпендикулярен оси, торец неровный, диаметр стыковочного сердечника не совпадает, качество сварки низкое.

Когда свет входит с одного конца оптического волокна и выходит с другого конца, интенсивность света ослабевает. Это означает, что после того, как оптический сигнал распространится по оптоволокну, часть световой энергии ослабевает. Это показывает, что в оптоволокне есть определенные вещества или по какой-то причине они блокируют прохождение оптического сигнала. Это потери при передаче оптоволокна. Только путем уменьшения потерь оптоволокна оптический сигнал может проходить плавно.

2. Классификация потерь оптического волокна

Потери оптического волокна можно грубо разделить на внутренние потери оптического волокна и дополнительные потери, вызванные условиями использования после изготовления оптического волокна. Конкретные подразделения следующие:

Потери в оптическом волокне можно разделить на собственные потери и дополнительные потери.

К собственным потерям относятся потери на рассеяние, потери на поглощение и потери, вызванные несовершенной структурой оптического волокна.

Дополнительные потери включают потери на микроизгибы, потери на изгибы и потери на стыки.

Среди них дополнительные потери искусственно вызваны во время прокладки оптического волокна. В практических приложениях неизбежно соединять оптические волокна по одному, и соединение оптического волокна приведет к потерям. Микроизгибы, сдавливание и растяжение оптических волокон также приведут к потерям. Все эти потери вызваны условиями использования оптического волокна. Основная причина в том, что в этих условиях режим передачи в сердцевине оптического волокна изменился. Дополнительных потерь можно избежать, насколько это возможно. Ниже мы обсудим только присущие оптоволокну потери.

Среди собственных потерь потери на рассеяние и потери на поглощение определяются характеристиками самого материала оптического волокна, а собственные потери, возникающие на разных рабочих длинах волн, также различны. Понимание механизма возникновения потерь и количественный анализ размера потерь, вызванных различными факторами, крайне важны для разработки оптического волокна с низкими потерями и рационального использования оптического волокна.

3. Потери при поглощении материалов

Материалы, используемые для изготовления оптических волокон, могут поглощать световую энергию. После того, как частицы в материале оптического волокна поглощают световую энергию, они вибрируют и генерируют тепло, и энергия теряется, тем самым создавая потери поглощения. Мы знаем, что материя состоит из атомов и молекул, а атомы состоят из атомных ядер и внеядерных электронов, а электроны вращаются вокруг атомного ядра по определенной орбите. Это как Земля, на которой мы живем, и планеты, такие как Венера и Марс, вращающиеся вокруг Солнца. Каждый электрон имеет определенную энергию и находится на определенной орбите, или, другими словами, каждая орбита имеет определенный уровень энергии.

Орбитальный уровень энергии, близкий к ядру, ниже, а орбитальный уровень энергии, более удаленный от ядра, выше. Величина этой разницы уровней энергии между орбитами называется разницей уровней энергии. Когда электрон переходит с низкого уровня энергии на высокий уровень энергии, он поглощает энергию соответствующей разницы уровней энергии.

В оптическом волокне, когда электрон на определенном энергетическом уровне облучается светом с длиной волны, соответствующей разнице энергетических уровней, электрон на орбите с низким энергетическим уровнем перейдет на орбиту с более высоким энергетическим уровнем. Этот электрон поглощает световую энергию, что приводит к потерям поглощения света.

Диоксид кремния (SiO2), основной материал для изготовления оптических волокон, сам поглощает свет. Одно называется ультрафиолетовым поглощением, а другое — инфракрасным поглощением. В настоящее время оптоволоконная связь, как правило, работает только в диапазоне длин волн от 0,8 до 1,6 мкм, поэтому мы обсуждаем потери только в этом рабочем диапазоне.

Пик поглощения, генерируемый электронными переходами в кварцевом стекле, составляет около длины волны 0,1–0,2 мкм в ультрафиолетовой области. С увеличением длины волны его эффект поглощения постепенно уменьшается, но область воздействия очень широка, вплоть до длин волн свыше 1 мкм. Однако ультрафиолетовое поглощение мало влияет на кварцевые оптические волокна, работающие в инфракрасной области. Например, в видимой области света с длиной волны 0,6 мкм ультрафиолетовое поглощение может достигать 1 дБ/км, а при длине волны 0,8 мкм оно падает до 0,2–0,3 дБ/км, а при длине волны 1,2 мкм оно составляет всего около 0,1 дБ/км.

Потеря поглощения инфракрасного излучения кварцевым оптическим волокном вызвана молекулярной вибрацией инфракрасного материала. В диапазоне выше 2 мкм имеется несколько пиков поглощения вибрации.

Из-за влияния различных легирующих элементов в оптическом волокне кварцевое оптическое волокно не может иметь окно низких потерь в диапазоне выше 2 мкм, а теоретический предел потерь на длине волны 1,85 мкм составляет 1лБ/км.

В ходе исследований было также обнаружено, что в кварцевом стекле есть некоторые «деструктивные молекулы», которые создают проблемы, в основном, некоторые вредные примеси переходных металлов, такие как медь, железо, хром, марганец и т. д. Эти «плохие парни» жадно поглощают световую энергию при облучении светом, прыгают и вызывают потерю световой энергии. Удаление «нарушителей спокойствия» и химическая очистка материалов, используемых для изготовления оптических волокон, может значительно сократить потери.

Другим источником поглощения в кварцевом оптическом волокне является гидроксил (OHˉ). Согласно исследованиям того периода, люди обнаружили, что гидроксил имеет три пика поглощения в рабочей полосе оптического волокна, которые составляют 0,95 мкм, 1,24 мкм и 1,38 мкм, среди которых потеря поглощения на длине волны 1,38 мкм является наиболее серьезной и оказывает наибольшее влияние на оптическое волокно. На длине волны 1,38 мкм потеря пика поглощения, создаваемая содержанием гидроксида всего 0,0001, достигает 33 дБ/км.

Откуда берутся эти гидроксиды? Существует много источников гидроксидов. Во-первых, в материалах, используемых для изготовления оптических волокон, есть вода и гидроксидные соединения. Эти гидроксидные соединения нелегко удалить во время очистки сырья, и в конечном итоге они остаются в оптическом волокне в виде гидроксидов; во-вторых, в гидроксидах, используемых для изготовления оптических волокон, есть небольшое количество воды; в-третьих, вода образуется из-за химических реакций в процессе производства оптических волокон; в-четвертых, водяной пар попадает с поступлением наружного воздуха. Однако текущий производственный процесс развился до довольно высокого уровня, и содержание гидроксида снизилось до достаточно низкого уровня, так что его воздействие на оптические волокна можно игнорировать.

4. Потери на рассеяние

В темную ночь, если посветить фонариком в небо, можно увидеть луч света. Люди также видели толстые лучи света от прожекторов в ночном небе.

Так почему же мы видим эти лучи света? Это потому, что в атмосфере плавает множество мельчайших частиц, таких как дым и пыль. Когда свет падает на эти частицы, он рассеивается и стреляет во всех направлениях. Это явление впервые обнаружил Рэлей, поэтому люди назвали это рассеяние «рэлеевским рассеянием».

Как происходит рассеяние? Оказывается, что мельчайшие частицы, такие как молекулы, атомы и электроны, из которых состоит материя, вибрируют на определенных собственных частотах и ​​могут испускать свет с длиной волны, соответствующей частоте колебаний. Частота колебаний частицы определяется размером частицы. Чем больше частица, тем ниже частота колебаний и длиннее длина волны испускаемого света; чем меньше частица, тем выше частота колебаний и короче длина волны испускаемого света. Эта частота колебаний называется собственной частотой колебаний частицы. Однако эта вибрация не генерируется сама по себе, для этого требуется определенное количество энергии. Как только частица облучается светом определенной длины волны, а частота излучаемого света совпадает с собственной частотой колебаний частицы, это вызывает резонанс. Электроны в частице начинают вибрировать на этой частоте колебаний, в результате чего частица рассеивает свет во всех направлениях, а энергия падающего света поглощается и преобразуется в энергию частицы, и частица повторно излучает энергию в виде световой энергии. Поэтому для наблюдателя со стороны кажется, что свет попадает на частицу, а затем разлетается во всех направлениях.

Рэлеевское рассеяние также происходит в оптических волокнах, и вызванные этим потери света называются потерями на рэлеевское рассеяние. Учитывая современный уровень технологии производства оптических волокон, можно сказать, что потери на рэлеевское рассеяние неизбежны. Однако, поскольку величина потерь на рэлеевское рассеяние обратно пропорциональна четвертой степени длины волны света, влияние потерь на рэлеевское рассеяние может быть значительно уменьшено, когда оптическое волокно работает в длинноволновой области.

5. Врожденный недостаток, никто не может помочь

Структура оптического волокна несовершенна, например, пузырьки, примеси или неравномерная толщина в оптическом волокне, особенно неравномерный интерфейс сердцевины и оболочки. Когда свет достигает этих мест, часть света будет рассеиваться во всех направлениях, вызывая потери. Эти потери можно преодолеть, улучшив процесс изготовления оптического волокна. Рассеивание приводит к тому, что свет излучается во всех направлениях, а часть рассеянного света отражается обратно в противоположном направлении распространения оптического волокна. Эта часть рассеянного света может быть получена на падающем конце оптического волокна. Рассеивание света приводит к потере части световой энергии, что нежелательно. Однако это явление также может быть использовано нами, потому что, если мы проанализируем силу принятой части света на передающем конце, мы сможем проверить точки разрыва, дефекты и потери этого оптического волокна. Таким образом, с помощью человеческой изобретательности плохие вещи можно превратить в хорошие.

Потери в оптоволокне В последние годы оптоволоконная связь широко используется во многих областях. Важным вопросом при реализации оптоволоконной связи является максимально возможное снижение потерь в оптоволокне. Так называемые потери относятся к затуханию оптоволокна на единицу длины, а единицей измерения является дБ/км. Уровень потерь в оптоволокне напрямую влияет на дальность передачи или расстояние между ретрансляционными станциями. Поэтому понимание и снижение потерь в оптоволокне имеет большое практическое значение для оптоволоконной связи.

1. Потери поглощения оптического волокна

Это вызвано поглощением световой энергии материалами оптического волокна и примесями. Они потребляют световую энергию в виде тепловой энергии в оптическом волокне, что является важной потерей в оптических потерях волокна. Потери поглощения включают в себя следующее:

① Потеря собственного поглощения материала Это потеря, вызванная собственным поглощением материала. Он имеет две полосы, одна в области 8-12 мкм ближнего инфракрасного диапазона. Собственное поглощение этой полосы обусловлено вибрацией. Другая собственная полоса поглощения материала находится в ультрафиолетовом диапазоне. Когда поглощение очень сильное, его хвост будет перетянут в полосу 0,7-1,1 мкм.

②Потери поглощения, вызванные легирующими примесями и ионами примесей Материалы оптического волокна содержат переходные металлы, такие как железо, медь, хром и т. д. Они имеют свои собственные пики поглощения и полосы поглощения и изменяются в зависимости от их валентных состояний. Потери оптического волокна, вызванные поглощением ионов переходных металлов, зависят от их концентрации. Кроме того, присутствие OH- также вызывает потери поглощения. Основной пик поглощения OH- находится около 2,7 мкм, а полоса поглощения находится в диапазоне 0,5-1,0 мкм. Для чистого кварцевого оптического волокна потери, вызванные примесями, можно игнорировать.

③ Потери поглощения из-за атомных дефектов. Когда материал оптического волокна нагревается или подвергается сильному излучению, в нем возникают атомные дефекты, что приводит к поглощению света и потерям, но в целом этот эффект очень мал.

2. Потери на рассеяние оптического волокна

Рассеивание внутри оптического волокна уменьшит мощность передачи и приведет к потерям. Наиболее важным рассеянием является рэлеевское рассеяние, которое вызвано изменениями плотности и состава внутри материала оптического волокна.

В процессе нагревания материала оптического волокна из-за термического возбуждения сжимаемость атомов неравномерна, плотность материала неравномерна, а затем показатель преломления неравномерен. Эта неравномерность фиксируется в процессе охлаждения, и ее размер меньше длины световой волны. Когда свет сталкивается с этими неравномерными материалами, которые меньше длины световой волны и имеют случайные колебания во время передачи, направление передачи изменяется, происходит рассеяние и возникают потери. Кроме того, неравномерная концентрация оксидов, содержащихся в оптическом волокне, и неравномерное легирование также могут вызывать рассеяние и потери.

3. Потери на рассеяние волновода

Это рассеяние, вызванное случайным искажением или шероховатостью интерфейса. Фактически, это преобразование мод или связь мод, вызванная искажением или шероховатостью поверхности. Одна мода будет генерировать другие моды передачи и моды излучения из-за флуктуации интерфейса. Поскольку затухание различных мод, передаваемых в оптическом волокне, различно, в процессе преобразования мод на большом расстоянии