ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.06.2021
Просмотров: 3578
Скачиваний: 3
116
Глава
4.
Каналы
несанкционированного
получения
информации
Затухание
света
в
ОВ
включает
в
себя
потери
на
поглощение
,
потери
на
рассеяние
и
кабельные
потери
.
В
свою
очередь
,
потери
на
поглощение
(
α
погл
)
и
на
рассеяние
(
α
рас
)
вместе
определяются
,
как
собственные
потери
(
α
собств
),
а
кабельные
потери
(
α
каб
)
и
по
-
тери
,
связанные
с
несанкционированным
доступом
(
НСД
),
в
силу
их
физической
приро
-
ды
,
можно
назвать
дополнительными
потерями
(
α
доп
).
Затухание
сигнала
в
ОВ
зависит
от
длины
волны
и
составляет
0,5
дБ
/
км
для
1300
нм
и
0,3
дБ
/
км
для
1550
нм
стандартного
одномодового
волокна
(
сплошная
линия
).
Это
во
-
локно
имеет
пик
затухания
в
области
1400
нм
,
который
является
результатом
поглоще
-
ния
энергии
молекулами
воды
.
Пунктирной
линией
на
рис
. 4.9
показано
затухание
для
волокна
AllWave®,
свободного
от
воды
.
Таким
образом
,
полное
затухание
в
ОВ
с
учетом
НСД
можно
представить
в
следую
-
щем
виде
:
α
=
α
собств
+
α
доп
=
α
погл
+
α
рас
+
α
каб
+
α
НСД
Потери
на
поглощение
α
погл
состоят
из
потерь
в
кварцевом
стекле
,
которые
опреде
-
ляются
,
как
ультрафиолетовое
и
инфракрасное
поглощение
,
а
также
из
потерь
,
связан
-
ных
с
поглощением
оптической
энергии
на
примесях
(
α
примеси
).
Потери
в
кварцевом
стекле
вызываются
собственным
поглощением
атомами
оптического
материала
—
квар
-
ца
(
α
с
.
о
.
м
.
)
и
поглощением
атомными
дефектами
в
стеклянном
составе
(
α
дефект
)).
α
погл
=
α
с
.
о
.
м
.
+
α
дефект
+
α
примеси
Основной
реакцией
стекловолокна
на
атомное
излучение
является
увеличение
зату
-
хания
оптической
энергии
вследствие
создания
атомных
дефектов
,
или
центров
ослаб
-
ления
,
которые
поглощают
оптическую
энергию
.
Поглощение
на
примесях
(
загрязнениях
)
возникает
преимущественно
от
ионов
ме
-
талла
и
от
OH (
водяных
)
ионов
.
Примеси
металла
обуславливают
потери
от
1
до
10
дБ
/
км
.
Ранее
ОВ
имели
высокий
уровень
содержания
OH-
ионов
,
который
приводил
к
боль
-
шим
пикам
поглощения
на
длинах
волн
1400, 950
и
725
нм
.
Путем
уменьшения
остаточ
-
ного
содержания
OH-
ионов
в
волокне
(
для
одномодовых
волокон
—
около
1
части
на
миллиард
),
в
настоящее
время
ОВ
имеют
номинальные
затухания
0,5
дБ
/
км
в
1300
нм
и
0,3
дБ
/
км
в
1550
нм
,
как
показано
сплошной
линией
на
рис
. 4.9.
Следует
обратить
вни
-
мание
на
центр
примеси
в
районе
1480
нм
,
который
является
примесью
OH-
ионов
в
во
-
локне
.
На
этой
длине
волны
всегда
присутствует
пик
поглощения
в
кварцевом
волокне
.
Так
называемые
центры
примеси
,
в
зависимости
от
типа
примеси
,
поглощают
свето
-
вую
энергию
на
определенных
,
присущих
данной
примеси
,
длинах
волн
и
рассеивают
ее
в
виде
тепловой
энергии
.
Собственное
поглощение
атомами
оптического
материала
включает
в
себя
:
•
поглощение
электронов
в
ультрафиолетовой
области
;
•
поглощение
электронов
на
границе
инфракрасной
области
.
Ультрафиолетовая
граница
поглотительных
полос
электронов
,
в
соответствии
с
зако
-
ном
Урбача
,
определяется
как
:
Излучатели
электромагнитных
колебаний
117
α
уф
=
С
e
E/Eo
,
где
С
и
E
0
—
эмпирические
постоянные
,
а
E
—
энергия
фотона
.
Характерное
распределение
ультрафиолетового
поглощения
представлено
на
рис
.
4.10.
Значение
затухания
в
ультрафиолетовой
области
мало
,
по
сравнению
с
затуханием
в
инфракрасной
области
,
для
малых
значений
энергии
фотона
.
Собственные
потери
на
по
-
глощение
возрастают
при
увеличении
длины
волны
излучения
и
становятся
значитель
-
ными
в
ультрафиолетовой
и
инфракрасной
областях
.
Так
при
длине
волны
излучения
больше
1,6
мкм
обычное
кварцевое
стекло
теряет
свойство
прозрачности
из
-
за
роста
по
-
терь
,
которые
связаны
с
инфракрасным
поглощением
(
рис
. 4.11).
Рис
. 4.10.
Распределение
ультрафиолетового
и
инфракрасного
поглощения
118
Глава
4.
Каналы
несанкционированного
получения
информации
Рис
. 4.11.
Сравнение
инфракрасного
поглощения
,
вызванного
различными
примесями
На
рис
. 4.12
представлена
зависимость
потерь
от
длины
волны
излучения
для
ОВ
из
кварцевого
стекла
с
предельно
малыми
потерями
и
многокомпонентных
ОВ
,
изготов
-
ленных
из
различных
оптических
материалов
.
Рассеивание
представляет
собой
процесс
удаления
части
энергии
из
распространяющей
-
ся
волны
с
последующей
эмиссией
некоторой
части
этой
энергии
.
Излучатели
электромагнитных
колебаний
119
Рис
. 4.12.
Зависимость
потерь
от
длины
волны
для
различных
материалов
Источники
возникновения
рассеяния
в
ОВ
:
•
маленькие
газовые
пузырьки
;
•
неоднородный
состав
оптического
материала
;
•
изгиб
ОВ
.
Потери
на
рассеяние
становятся
определяющим
фактором
затухания
в
волокне
уже
в
1970
г
.,
когда
была
достигнута
чистота
ОВ
порядка
99,9999%.
Дальнейшему
уменьшению
затухания
препятствовали
потери
на
рассеяние
.
В
общем
виде
потери
на
рассеяние
определяются
следующим
выражением
.
α
рас
=
α
Рел
+
α
Ми
+
α
Σизгиб
+
α
+
α
ВКР
+
α
ВРБМ
Здесь
под
α
Рел
подразумеваются
потери
,
обусловленные
Релеевским
рассеиванием
.
Причиной
Релеевского
рассеяния
является
то
,
что
атомы
в
стекле
(SiO2)
имеют
случай
-
ное
пространственное
распределение
,
и
локальные
изменения
в
составе
приводят
к
ло
-
кальному
изменению
индекса
преломления
,
что
и
вызывает
рассеяние
оптической
энер
-
гии
.
Поэтому
волны
малой
длины
должны
больше
рассеиваться
и
,
следовательно
,
иметь
более
высокие
потери
,
чем
волны
с
большей
длиной
.
α
Ми
—
потери
,
обусловленные
Ми
-
рассеянием
.
Данный
тип
линейного
рассеяния
возникает
на
ионах
примеси
,
размер
кото
-
рых
сравним
с
длиной
волны
.
В
высококачественных
ОВ
такие
потери
отсутствуют
.
α
Σизгиб
—
суммарные
потери
,
обусловленные
микро
- (
α
микро
)
и
макро
- (
α
макро
)
изгибами
ОВ
,
определяются
выражением
:
α
Σизгиб
=
α
микро
+
α
макро
120
Глава
4.
Каналы
несанкционированного
получения
информации
Микроизгибы
возникают
в
процессе
изготовления
ОВ
и
при
формировании
пласти
-
кового
конверта
в
процессе
изготовления
оптического
кабеля
.
Макроизгибы
возникают
в
процессе
прокладки
оптического
кабеля
и
являются
функцией
от
радиуса
изгиба
ОВ
.
То
-
гда
потери
на
макроизгибах
можно
представить
выражением
:
α
макро
= 2
α
п
.
п
.
+
α
п
.
и
.
у
.
+
α
п
.
м
.
,
где
α
п
.
п
.
—
потери
,
обусловленные
переходами
от
прямого
участка
световода
к
изогну
-
тому
,
а
также
от
изогнутого
к
прямому
участку
;
α
п
.
и
.
у
.
—
потери
на
изогнутом
участке
ОВ
;
α
п
.
м
.
—
потери
,
обусловленные
наличием
микротрещин
.
α
Σстык
—
суммарные
потери
,
обусловленные
стыковкой
ОВ
и
определяемые
внут
-
ренними
(
α
внутр
.
)
и
внешними
(
α
внеш
.
)
потерями
согласно
выражения
:
α
Σстык
=
α
внутр
.
+
α
внеш
.
Внутренние
потери
определяются
трудно
контролируемыми
факторами
—
парной
вариацией
диаметров
сердцевин
,
показателей
преломления
,
числовых
апертур
,
эксцен
-
триситетов
“
сердцевина
—
оболочка
”,
концентричностью
сердцевины
у
соединяемых
волокон
.
Можно
получить
случайные
изменения
перечисленных
факторов
,
так
как
они
зависят
не
от
конструкции
соединителя
,
а
от
технологии
производства
ОВ
.
Причинами
внешних
потерь
являются
несовершенства
конструкции
соединителя
,
а
также
процесса
сборки
ОВ
и
соединителя
.
Внешние
потери
зависят
от
механической
не
-
стыковки
(
угловое
,
радиальное
и
осевое
смещение
),
шероховатости
на
торце
сердцеви
-
ны
,
чистоты
участка
и
наличия
зазора
между
торцами
стыкуемых
ОВ
.
Наличие
зазора
приводит
к
появлению
френелевского
отражения
из
-
за
образования
среды
с
показателем
преломления
,
отличным
от
показателя
преломления
ОВ
.
α
внеш
.
=
α
угл
.
+
α
рад
.
+
α
осевое
+
α
обр
.
,
где
α
угл
.
—
потери
,
вызванные
угловым
смещением
световодов
;
α
рад
.
—
потери
,
вызван
-
ные
радиальным
смещением
осей
ОВ
;
α
осевое
—
потери
,
вызванные
осевым
смещением
торцов
ОВ
;
α
обр
.
—
потери
,
обусловленные
обратным
френелевским
отражением
.
Учитывая
изложенное
,
выражение
для
α
Σстык
примет
следующий
вид
:
α
Σстык
=
α
внутр
.
+
α
угл
.
+
α
рад
.
+
α
осевое
+
α
обр
.
Суммарные
потери
,
обусловленные
стыковкой
ОВ
,
также
носят
название
вносимых
потерь
.
α
ВКР
—
потери
,
обусловленные
вынужденным
комбинационным
рассеянием
.
Это
рассеяние
называется
рассеянием
Рамана
-
Мандельштама
и
возникает
в
волокне
тогда
,
когда
проходящая
в
нем
оптическая
мощность
достигает
некоторого
порога
.
Порог
рас
-
сеяния
зависит
от
площади
поперечного
сечения
и
длины
ОВ
,
а
также
от
коэффициента
потерь
.
Рассеяние
распространяется
преимущественно
в
направлении
исходного
излуче
-
ния
.
α
ВРБМ
—
потери
,
обусловленные
вынужденным
рассеянием
Мандельштама
-
Бриллюэна
.
Физическая
суть
рассеяния
состоит
в
том
,
что
при
достаточно
высоком