Потери на поглощение

Потери на поглощение состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение) a_п, так и из потерь, связанных с поглощением на примесях a_пр.

Примесные центры, в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую энергию в виде джоулева тепла. Затухание поглощения определяется соотношением [1,3]:

(3)

где tgd – тангенс угла диэлектрических потерь в световоде, n- коэффициент преломления серцевины ОВ. Для спектральных диапазонов О, Е и S - n = 1,4677. Для спектральных диапазонов С, L и V - n = 1,4682. Сегодня tgd очищенного стекла находится на уровне 10^-11 .

Тем не менее, уже к 1990 г. оптические волокна становятся настолько чистыми (99,9999%), что наличие примесей перестает быть основным фактором затухания. Спектральная характеристика затухания a(l) сглаживается (рис. 2), при этом проявляются локальные максимумы резонанса поглощения на гидроксильной группе ОН^– (длины волн 1290 и 1383 нм).

Однако в последних разработках одномодовых оптических волокон за счет улучшения технологии очистки от водяных паров удалось снизить потери и в «водяном» пике. Подобные волокна получили название LWP (Low Water Peak Fiber) или ZWP (Zero Water Peak), при этом потери в области l =1380±3 нм снижены до 0,31 дБ/км, что меньше, чем потери во втором окне прозрачности.

В таблице 2. приведены ведущие производители оптических волокон и соответствующие торговые марки волокон LWPF.

В качестве примера на рис. 4 приведены спектральные характеристики одномодовых оптических волокон CorningÒ: (а) волокно SMF-28ä с «водяным пиком» – в настоящее время снято с производства; (б) LWPF волокно SMF-28eä.

Таблица 2

На длинах волн свыше 1600 нм начинают проявляться потери на инфракрасное поглощение, вызываемые колебаниями связи Si-O молекулы кварца SiO₂ , а в ультрафиолетовой части спектра – из-за резонанса электронов, поэтому инфракрасное поглощение часто называют ионным, а ультрафиолетовое – электронным.

Величина потерь на инфракрасное поглощение a_ик пропорциональна показательной функции и уменьшается с ростом частоты по закону [4]:

(4)

где C и k – постоянные коэффициенты (для кварца k =0,7..0,9 мкм; С =0,9).

В 2002 рекордно минимальный коэффициент затухания a составил 0,151 дБ/км на длине волны l =1568 нм (Sumitomo Electric Industries Ltd.). Предыдущий рекорд 0,154 дБ/км был установлен еще в 1986 г. и рассматривался как фактический предел. Сердцевина данного оптического волокна была изготовлена из чистого кварца, оболочка легирована фтором. Составляющие потерь принимали следующие значения: a_р =0,128 дБ/км; a_ик =0,014 дБ/км; примеси OH^–: 0,004 дБ/км; несовершенство ОВ: 0,004 дБ/км. Потери в диапазоне l =1520…1606 нм не превышали 0,160 дБ/км.

	(а)	(б)
	Рис. 4. Спектральные характеристики коэффициента затухания одномодовых оптических волокон CorningÒ: (а) волокно SMF-28ä; (б) LWPF волокно SMF-28eä