Вимушене комбінаційне (раманське) розсіяння вкр (srs) і розсіяння мандельштама-бриллюена врмб (sbs)

Вимушене комбінаційне розсіяння ВКР, яке інакше називається розсіянням Рамана-Мандельштама, виникає у волокні тоді, коли потужність досягає певного відносно високого порога. Наближене значення порогової потужності визначається співвідношенням:

, (1.6.1)

де – площа поперечного перерізу в см², - коефіцієнт втрат у см^-1.

Розрахунок за цією формулою для одномодового волокна із затуханням дБ/км і діаметром 10 мкм дає значення порогової потужності 1.4 Вт (при довжині волокна 5 км). При збільшенні довжини волокна цей поріг швидко знижується. Для довжини того самого волокна 20 км порогова потужність знижується до 0.6 Вт. З точки зору фізики ВКР виникає при взаємодії фотонів, які проходять через середовище з молекулами та атомами даного середовища. При цьому можуть виникати ситуації, коли молекули поглинають частину енергії випромінювання, що проходить. У результаті, якщо фотон мав частоту , то після зіткнення з молекулою і передачі їй частини енергії енергія фотона зменшується на певну величину . Отже, після взаємодії випромінювання буде мати дві частоти і . Друга складова буде помітною тоді, коли енергія початкового випромінювання досягає рівня, вищого від порогового. Одним з важливих властивостей ВКР є великий частотний діапазон взаємодії випромінювання, що проходить через середовище з молекулами та атомами речовини. Для кварцу він сягає десятків терагерц. При аналізі ВКР було введено коефіцієнт комбінаційного підсилення , що залежить від складу речовини і може змінюватися за рахунок елементів, якими легується речовина. Для кварцового волокна він максимальний на частоті зміщення ТГц. Частота має назву стоксової компоненти. При збільшенні потужності або довжини взаємодії виникають друга, третя і т.д. стоксови компоненти (, і т.д.). Крім цього, при перевищенні певного порогу потужності з’являються й високочастотні компоненти , , і т.д. та спектр зсувається в сторону більш коротких довжин хвиль (антістоксові компоненти).

Вимушене розсіяння Мандельштама-Бриллюена ВРМБ (SBS)

Зміна енергетичних квантових станів молекул і атомів при достатньо високому рівні потужності проявляється в тому, що виникають коливні рухи молекул, які приводять до флуктуацій густини речовини, так званих акустичних фононів. На цих фононах виникає нелінійне розсіяння світла (фотони віддають частину енергії акустичним фононам). Як наслідок у спектрі випромінювання з’являються нові компоненти, які за аналогією з ВКР називають стоксовими. На відміну від ВКР, ВРМБ виникає при значно нижчих потужностях і направлене в бік, протилежний розповсюдженню інформаційного сигналу. При тих самих значеннях і , що й для ВКР, порогова потужність ВРМБ на три порядки нижча і для волокна довжиною 5 км складає 1.44 мВт. У випадку коротких імпульсів ця потужність підіймається до 10 мВт. Додамо, що частотний зсув оптичної несучої при ВРМБ складає величину 10-15 ГГц при ширині спектра ~ 20 МГц. Проте, якщо у світловоді є в наявності неоднорідності у вигляді вигинів, стиску, розтягнення, то спектр ВРМБ може досягати 100-500 МГц. Цей факт використовується в діагностичній апаратурі для виявлення механічних впливів на оптичний кабель.

У системах ВОЛЗ ВРМБ проявляється в підвищенні затухання оптичного сигналу, виникненні відносно низькочастотної модуляції. Основний вплив ВРМБ полягає в тому, що розсіяне у напрямку джерела випромінювання впливає на лазер, створює паразитну модуляцію випромінювання, яка проявляється, насамперед, у вигляді шуму.

 

1. Особливості конструкції оптичних кабелів. Монтаж оптичних кабелів. Методи з’єднання оптичних волокон. Аналіз втрат, які виникають у процесі монтажу оптичних кабелів зв’язку.

 

Оптичні кабелі

Порівняно з металевими коаксіальними та симетричними кабелями, які складаються з мідних провідників, оптичні кабулі (ОК) мають низку особливостей. Оптичні волокна (ОВ) виготовляються з надчистого кварцу з необхідними добавками або – рідше – з полімерів. Ці матеріали – добрі діелектрики. Отже, оптичні волокна, а як наслідок оптичні кабелі, не чутливі до електромагнітних завад. Окрім цього, вони значно стійкіше до впливу різного роду агресивних хімічних середовищ. Малий діаметр ОВ (разом із захисною оболонкою не більше ніж 250 мкм) та мала маса дозволяють виготовляти ОК значно меншого діаметру та погонної маси, ніж відповідні за характеристиками металеві кабелі. Більш того, для деяких систем передачі інформації оптичним кабелям взагалі не існує альтернативи. Конструктивно при рівних з металевими кабелями діаметрами ОК мають більшу кількість інформаційно-провідних жил. Завдяки малому затуханню та незначним спотворенням форми та тривалості оптичного імпульсу, оптичні кабелі мають значно більшу “будівельну” довжину – до 6 км (для підводних систем до 50 км).

Разом з тим, оскільки основа ОК – кварцовий (рідше полімерний) світловод, виникають певні труднощі при їх зрощуванні.

Не зважаючи на ці особливості, оптичні кабелі повинні задовольняти ряд вимог, що висуваються до характеристик металевих кабелів зв’язку.

Вони повинні забезпечувати:

· можливість прокладки в тих самих умовах, в яких прокладаються металеві кабелі;

· максимальне використання методик та обладнання традиційної кабелепрокладальної технології;

· можливість зрощування і монтажу в польових умовах з достатньою легкістю та на протязі короткого часу;

· стійкість до зовнішніх впливів у відповідності до умов експлуатації мережі зв’язку;

· надійність в експлуатації у відповідності із заданими показниками безвідмовності, довговічності та придатності до ремонту.