Podręcznik

4.1. Zakresy fal i tłumienność

Kilka ważnych zjawisk fizycznych jest związanych z transmisją światła w światłowodach. Podobnie, jak w transmisji sygnałów elektrycznych w liniach metalowych, mamy tu do czynienia z tłumieniem. Są dwa źródła tłumienia światła w światłowodach: absorpcja i rozpraszanie. Absorpcja jest wynikiem zanieczyszczenia rdzenia niepożądanymi cząsteczkami, na przykład jonami wody. Z kolei rozpraszanie (rozpraszanie Rayleigh’a) jest wynikiem niejednakowej grubości rdzenia. Ilości zanieczyszczeń przedostających się do rdzenia w trakcie produkcji są nieznaczne, ale mogą być na tyle duże, że ich wpływ na tłumienie jest zauważalny. Podobnie wahania grubości rdzenia są bardzo niewielkie, ale mimo to rozpraszanie Rayleigh’a objawia się w światłowodach, a jego wpływ na całkowite tłumienie zaczyna być dominujący przy falach o długości powyżej 1600 nm. Oprócz tych dwóch źródeł tłumienie zwiększają wszelkiego rodzaju deformacje i zagięcia rdzenia powodujące refrakcję i rozpraszanie światła. Mogą one być rezultatem procesu produkcyjnego lub powstawać w trakcie instalacji kabli światłowodowych. Producenci kabli określają w katalogach dopuszczalny minimalny promień zgięcia kabli. W krańcowym przypadku, zbyt mocnego zgięcia kabla promienie światła zaczynają padać pod zbyt dużym kątem, co spowoduje ich przenikanie do płaszcza.
Na rysunku 2.17  pokazano typową tłumienność włókna światłowodowego w funkcji długości fali. 

Rys.2.17. Typowa charakterystyka tłumienności włókna światłowodowego. Czerwoną przerywaną linią zaznaczono wzrost tłumienia w wyniku obecności jonów wody w rdzeniu

W początkowym okresie produkcji światłowodów usuwanie cząsteczek wody było bardzo trudne. Powodowały one zwiększanie tłumienia dla fal o długości 945 nm, 1240 nm i 1390 nm. Zdecydowano wtedy o wprowadzeniu dwóch pierwszych, tak zwanych okien transmisyjnych: około 850 nm i 1300 nm, później wprowadzono trzecie okno dla fal o długości około 1550 nm. Olbrzymie praktyczne znaczenie we współczesnej telekomunikacji ma drugie i trzecie okno. Tłumienie w drugim oknie wynosi 0,3÷1 dB/km, a w oknie trzecim 0,15÷0,5 dB/km.  Tłumienność światłowodów jest znacznie mniejsza niż linii symetrycznych miedzianych, co czyni je niezwykle atrakcyjnymi. Tłumienie w trzecim oknie jest najmniejsze i dlatego to właśnie okno jest używane, gdy linia światłowodowa jest długa (nie chodzi tu o definicję linii długiej dotyczącej torów miedzianych). Zauważmy, że fale świetlne przesyłane w światłowodach telekomunikacyjnych są falami podczerwonymi i nie są widzialne przez oko ludzkie.