багатомодове оптоволокно

Переклад Анни Мотуш

Визначення: волокна, що підтримують більш ніж одну моду для певного напряму поляризації

Багатомодові волокна - це оптичні волокна, які підтримують кілька поперечних мод для даної оптичної частоти і поляризації. Число мод визначається довжиною хвилі і показником заломлення матеріалу. Багатомодові волокна поділяються на волокна із ступінчастим профілем показника заломлення і градієнтні.

Для волокон визначені значення радіуса серцевини і числової апертури, що дозволяють визначити V-параметр. Для великих значень V-параметра кількість мод пропорційно V 2. Зокрема, для волокон з великим діаметром серцевини (права частина рис 1), кількість мод може бути дуже великим. Такі волокна можуть доставляти світло з поганою якістю пучка (наприклад, генерований потужними діодами), але для збереження якісного променя від джерела світла з високою яскравістю буде краще використовувати волокно з меншою серцевиною і з помірною числовою апертурою, хоча ефективне введення випромінювання в волокно може бути більш складним.

У порівнянні зі стандартним одномодовим волокном, багатомодове волокно зазвичай має велику серцевину. а також високу числову апертуру, наприклад, 0.2-0.3. Останнє дозволяє працювати при згинанні волокна, але також призводить до більш інтенсивного розсіювання, яке визначається порушенням геометричної форми оптичного волокна. Наслідком цих порушень є те, що частина променів залишає оптоволокно. Інтенсивність розсіювання залежить не тільки від якості матеріалу, з якого виготовляється серцевина, а й від якості оболонки, так як частина оптичного сигналу поширюється і в ній. Профіль показника заломлення в основному прямокутний, але іноді зустрічається і параболічний. (Див. нижче).

Багатомодове волокно складається з серцевини і оболонки. У поширених типах волоконно-оптичних ліній зв'язку (див. Нижче) на основі багатомодових волокон 50/125 і 62,5 / 125, діаметр серцевини дорівнює 50 і 62.5 мікрон відповідно і діаметр оболонки 125 мікрон. Такі волокна підтримують сотні мод.

Ввести світло в багатомодове волокно досить просто, тому що вимоги до дотримання точності настройки кута і положення променя не дуже строгі. З іншого боку, просторова когерентність на виході багатомодових волокон невелика, і розподіл інтенсивності випромінювання на виході складно контролювати з причин, викладених нижче.

На малюнку 2 приведені профілі електричного поля в модах з кроком заломлення волокна, розраховані для конкретної довжини хвилі. Це основна мода (LP01) з розподілом інтенсивності, близьким до гауссовскому, і кілька мод вищого порядку з більш складними просторовими профілями. Кожна мода має різну постійну поширення. Будь-який розподіл поля можна розглядати як суперпозицію мод.

Сумарне електричне поле, поширене в багатомодового волокна - суперпозиція декількох мод. Інтенсивність залежить не тільки від оптичної потужності у всіх модах, але також і від відносної фази, тут може виникати максимум або мінімум за рахунок інтерференції різних мод.

Обидва параметра - потужність і фаза, визначаються початковими умовами, а відносні фази змінюються безперервно вздовж волокна через залежність від констант поширення. Таким чином, складна картина інтенсивності в часі постійно змінюється в межах довжини поширення значно менше 1 мм.

Малюнок 3 демонструє анімований приклад, де представлені розподілу інтенсивності, що відбуваються з інтервалом в 2 мкм. Ця інтерференційна картина сильно залежить від будь-яких змін при вигині або розтягуванні волокон, а також від температури.

Зверніть увагу, що для світла з широкою оптичної пропускною спроможністю (наприклад, для білого світла) таких складних розподілів інтенсивності не спостерігається тому, що графік інтенсивності різний для кожної довжини хвилі, так що вклади від різних довжин хвиль усереднюються. Чим довше волокно, тим нижче оптичний діапазон частот, необхідний для цього усереднення.

За матеріалами інтернет-енціклопедііwww.rp-photonics.com