СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 21 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 дБ/км Затухание Длина волны 3,0 2,0 1,0 0,0 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 Кривая рассеивания Кривая поглощения Реальное затухание 1,3 1,4 1,5 1,6 мкм вателем. Ввод лазерного пучка в серд- цевину волокна диаметром 200 мкм предполагает проведение юстировки и требует достаточно сложной и доро- гостоящей системы ввода излучения в волокно. Кроме того, при фокусиров- ке мощного лазерного пучка на торец волокна могут возникнуть проблемы, связанные с лучевой прочностью вход- ного (и, соответственно, выходного) торца волокна. Все распространённые типы волокон характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперси- ей. Затухание характеризует потерю мощности передаваемого сигнала на заданном расстоянии. Есть два принци- пиально различных физических меха- низма, вызывающих данный эффект. Первый – это потери на поглоще- ние. Они связаны с преобразованием одного вида энергии в другой. Электро- магнитная волна определённой длины вызывает колебание атомов, из кото- рых состоит кварц, что, в свою оче- редь, ведёт к нагреву волокна. Фунда- ментальные частоты колебаний пар Si-O и Ge-O соответствуют длинам волн в области 10 мкм, но, всё же, края полос поглощения простираются до единиц микрон. Поэтому правое ограничение на графике (см. рис. 3) ещё называют фундаментальным инфракрасным поглощением. Естественно, что про- цесс поглощения волны тем меньше, чем меньше её длина, и чем чище мате- риал волокна. Второй – это потери на Рэлеевское рассеяние. Причина снижения мощ- ности сигнала в этом случае означает выход части светового потока из волно- вода. Обусловлено это обычно неодно- родностями показателя преломления материалов. Известно, что с уменьше- нием длины волны потери рассеивания возрастают, более того, они обратно пропорциональны длине волны в чет- вёртой степени. Лучших показателей общего зату- хания можно достичь на пересечении кривых поглощения и рассеивания. Реальность несколько сложнее и свя- зана она, в основном, с водой. Вернее с гидроксильной группой OH. Даже самыми тонкими методами очист- ки не удаётся полностью избавить- ся от этой присадки. Принято выде- лять три окна прозрачности, в рамках которых затухание имеет наимень- шее значение. Самые распространён- ные значения длин волны – это 0,85, 1,3 и 1,55 мкм. На рисунке 3 видно, что длина 0,85мкм далеко не идеальна. Однако она очень удобна из-за возможности использовать излучатель из арсенида галлия (GaAs), из которого так же изготовлялась полу- проводниковая (электрическая) часть. Для эффективной передачи мощно- го лазерного излучения от источника к объекту потребления энергии в опти- ческом диапазоне 0,2–2,2 мкм необхо- димы кварцевые световоды с повышен- ным диаметром сердцевины (600 мкм и более), с высокой числовой аперту- рой (до 0,3), низкими оптическими потерями и высокой лучевой прочно- стью (их называют силовыми). Наибо- лее перспективными для силовых воло- конных световодов (СВС) являются высокоапертурные оптические струк- туры на основе сердцевины из кварце- вого световода и кварцевой отражаю- щей оболочки, легированной фтором. Разработка заготовок СВС, удовлетво- ряющих данным требованиям, прово- дилась на базе модифицированного PCVD-метода (Plasma Chemical Vapor Deposition). Суммарные потери в квар- цевом волокне, изготовленном по тех- нологии РСVD, на длине волны λ = 1,07– –1,08 мкм (для волоконного иттерби- евого лазера) составят в этом случае величину порядка 0,8 дБ/км (при длине СВС 3 км общие потери составят вели- чину ≈ 40%). Рис. 3. Окна прозрачности оптических кварцевых волокон Реклама © СТА-ПРЕСС