В статье рассматривается причины затухания сигнала при проходе через оптоволокно, в случае когда в оптоволоконном кабеле нет посторонних примесей и потерь в инфракрасной области.
Ключевые слова: оптоволоконный кабель, затухания, длина волны, собственные потери
Практически во всех устройствах, эксплуатационных оборудованиях и системах связи один из главных параметров — это уровень сигнала. Как известно будь то проводная, беспроводная или оптоволоконная линия, в них будут присутствовать затухания, которые характеризуются множеством различных параметров. Возникает вопрос, что лучше выбрать в той или иной ситуации, что бы при учёте затухания сигнал был такого уровня, что чувствительность прибора на приёмной стороне смогла распознать сигнал.
Например, применение оптических волокон в датчиковых системах обладает рядом важных преимуществ: высокая надежность, стабильность, помехоустойчивость, взрывобезопасность, высокая разрешающая способность. В датчиковых системах мы можем использовать оптоволоконный кабель или металлический. В коаксиальных кабелях на частоте 1.7 ГГц затухание варьируется от 9,2 дБ на 100 м до 35,8 дБ, поэтому при работе с высокими частотами он не подходит. В то время как оптоволоконный кабель работает на длинах волн 800–1600нМ, что соответствует 
-187,5*
Гц, можно передавать большие потоки информации при меньших потерях.
Затухание — это колебания, энергия которых уменьшается с течением времени.
Бесконечно длящийся процесс невозможен из-за потерь различного рода. В оптоволокне, несмотря на то, что сигнал распространяется в нем практически без потерь, существует затухание.
Затухание в оптоволокне складывается из трех основных составляющих: потери на поглощение, на рассеяние, потери из-за микроизгибов.
В процессе изготовления невозможно сделать абсолютно чистое стекло, в структуре всегда присутствуют примеси. Примеси, остающиеся в стекле после обработки стекла, будут поглощать световую энергию.
В волокнах наблюдаются два вида потерь из-за рассеивания. Первый вид возникает из-за того, что любые произведенные или натуральные материалы никогда не имеют совершенную молекулярную структуру по всему объему материала. Если кусок оптического волокна поместить под электронный микроскоп, можно увидеть, что в молекулярной структуре стекла есть неравномерности. Эти неравномерности неизбежны, поскольку атомы и молекулы случайны по своей природе и размещаются случайным образом при формировании материала. Неравномерности будут рассеивать некоторое количество световых волн, когда они проходят по длине волокна. Эти волны впоследствии рассеиваются в оболочке и теряются.
Иногда интуитивно предполагают, что если волокно изогнуто, в пути передачи возникнут потери. Это не так, поскольку внутренность волокна для световых лучей в норме выглядит как зеркало и небольшие изгибы волокна не привносят потерь. Потери возникают, лишь когда величина изгиба заставляет лучи света падать под углом меньше критического. Такое может быть, если луч прямо падает на изгиб под углом меньше критического либо если луч отражается от изгиба, а затем входит в оболочку под углом меньше критического.
Затухания оптоволокна рассчитывается по формуле:
(1)
где
αc —собственные потери волоконных волноводов
αk — дополнительные кабельные потери
αik —потери на поглощение в инфракрасной области
αpr — потери, вызванные присутствием в оптических волокнах примесей
Собственные потери волоконных волноводов складывается из двух параметров (2), 
- поглощение и 
— рассеивание, они рассчитываются по формуле 3 и 4.
(2)
(3)
где
— тангенс угла диэлектрических потерь,
n1 — коэффициент преломления,
— длина волны
(4)
где C — коэффициент релеевского рассеяния
Потери на поглощения в инфракрасной области рассчитываются как:
где k — постоянный коэффициент
По результатам компьютерного моделирования в среде Matlab был построен график (рисунок 1), который показывает зависимость затухания сигнала в [дБ/км] от длины волны [нм].
Рис. 1. Собственный затухания в оптоволокне
При моделировании затухания не были учтены потери, вызванные присутствием в оптических волокнах примесей и дополнительные кабельные потери.
В данной работе был проведен теоретический расчет зависимости затухания сигнала в оптоволокне от длины волны. Расчет производился для идеального случая, без учета потерь на микроизгибы и примеси. Если сравнивать теоретический расчет с известным, то можно заметит, что на 870 и 1400 нм нет скачков кривой графика. Из этого можно сделать вывод, что в идеальном случае затухание будет происходить монотонно.
Литература:
- Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. — М.: ЛЕСАРарт, 2003. — С. 8. — 288 с. — 10 000 экз. — ISBN 5–902367–01–8.
- Gambling, W. A., «The Rise and Rise of Optical Fibers», IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp. 1084–1093, Nov./Dec. 2000
- Волоконно-оптические датчики / Под ред. Э. Удда. — М.: Техносфера, 2008. — 520 с
