Optoelektronika
21
5. Pomiar tłumienności światłowodów.
5.1. Wstęp
Mechanizmy strat są różnorodne i zależą m.in. od czystości światłowodu, długości propago-
wanej fali, temperatury, wilgotności zewnętrznej itp.
Straty mocy w światłowodzie można podawać w postaci procentowej ilości transmitowanej
mocy w światłowodzie. Taka forma spotykana jest przy światłowodach krótkich rzędu kilku
metrów i dużych średnicach np.1mm- wykorzystywanych najczęściej do oświetlania różnych,
trudnodostępnych miejsc.
Straty w tego typu światłowodach sięgają kilkudziesięciu procent na każdym metrze długości.
W przypadku długich światłowodów o znacznie mniejszych średnicach tłumienność podaje
się w [dB/km].
Weźmy dla porównania światłowody wielomodowe o średnicy rdzenia 1mm, 0,2mm i jedno-
modowy o średnicy 0,004mm. Ilość szkła potrzebna do wytworzenia 1m odcinka światłowodu
o średnicy 1mm, pozwoli wykonać 2.500m światłowodu o średnicy 0,2mm, a 62.500m
wspomnianego światłowodu jednomodowego! Takie zestawienie daje pogląd na stawiane
wymagania dotyczące np. czystości szkła, z którego wykonuje się światłowód. Światłowody
ze zwykłego szkła technicznego mają tłumienność rzędu 1000dB/km. Oczyszczenie takiego
szkła doprowadziło do zmniejszenia tłumienia do poziomu 300dB/km, co jest wystarczające
w przypadku światłowodów o długości pojedynczych metrów. Kolejną poprawę uzyskano
poprzez poznanie mechanizmów i sposobów redukcji różnych zanieczyszczeń. Obecnie ma-
teriały stosowane do produkcji światłowodów charakteryzują czystością porównywalną do
czystości materiałów wykorzystywanych w technologii półprzewodnikowej. Osiągane tłu-
mienności są na poziomie 1dB/km. Takie światłowody są bardzo wrażliwe na warunki ze-
wnętrzne zarówno fizyczne jak i chemiczne.
Straty materiałowe
Wywołane przez absorpcję, w których światło ulega konwersji na energię cieplną.
Straty rozproszeniowe.
Straty absorpcyjne w zakresie widmowym 0,4-4 mikrometrów pochodzą z zanieczysz-
czeń, mają charakter widmowy i powodowane są głównie przez jony OH
-
bardziej widoczne
w zakresie fal krótszych, a które są pozostałością pary wodnej w szkle, a także przez jony
metali. Dla włókna o tłumienności poniżej 1 dB/km liczba jonów Fe i Cu musi być mniejsza
niż 1ppb
3
(liczba atomów zanieczyszczeń na 1 miliard atomów substancji).
Straty rozproszeniowe - powstają głównie w wyniku rozproszenia Rayleigha, które spowo-
dowane jest mikroniejednorodnością współczynnika załamania ośrodka. Objawiają się w
postaci opóźnień fazy propagowanych fal świetlnych. Straty rozproszeniowe Rayleigha opi-
suje równanie:
4
/
λ
α
k
R
=
.
(5.1)
Dla szkła kwarcowego mamy
4
)
/
(
9
,
0
7
,
0
m
km
dB
k
µ
−
=
, co dla fali o długości 0,63 mikrome-
tra daje wartości z zakresu 4.4−5.7 dB/km, a dla fali o długości 1,3 mikrometra już tylko:
0,24−0.31 dB/km. Minimum strat Rayleigha przypada na długość fali 1,55 mikrometra i wy-
nosi 0,12−0,15 dB/km.
Innego rodzaju stratami rozproszeniowymi są takie, które powstają na niejednorodno-
ś
ciach szkła o wielkościach porównywalnych z długością fali - jest to rozproszenie typu Mie.
Mogą je powodować np. wytrącone krystality fazy stałej szkła, lub zanieczyszczenia czy też
pęcherzyki powietrza.
3
A. Smoliński :optoelektronika światłowodowa :WKiŁ; 1985, STR67
