Podręcznik

Fala rozchodząc się w światłowodzie traci energię głównie wskutek absorbcji i rozpraszania. Występują również straty wynikające ze struktury światłowodów (np. niekontrolowane zmiany współczynnika załamania, będące wynikiem niedoskonałej technologii wyciągania włókna). Tłumienie powoduje zmniejszenie mocy sygnału, natomiast nie wpływa na kształt impulsów. Tłumienie światłowodów w głównej mierze zależy od długości fali świetlnej, jak i od rodzaju oraz czystości szkła. Tłumienność światłowodów wyraża się w dB/km, a współczynnik tłumienia określa się wzorem:

$\alpha_{dB/km} = \frac{A_{dB}}{L} \qquad$(3.1)

gdzie

$A_{dB}$ – tłumienność światłowodu

L – długość światłowodu

$A_{dB} = 10 log_{10} \frac{P(0)}{P(L)} \qquad$(3.2)

gdzie

P(0) – moc na wejściu światłowodu

P(L) – moc na wyjściu światłowodu

Z wykresu przedstawionego na poniższym rysunku widać, że w paśmie 900–1700 nm tłumienie osiąga wartości minimalne. W tym też obszarze wyróżnia się trzy użyteczne pasma światłowodu:

• okno 1, w bliskiej podczerwieni, wokół 850 nm;
• okno 2, bardzo popularne, wokół 1300 nm; i
• okno 3, wokół 1550 nm, o najmniejszym tłumieniu.

Rysunek 12 Zależność tłumienia od długości fali dla światłowodu kwarcowego

Obecnie długość fali 850 nm wykorzystywana jest jedynie w łączach o bardzo krótkim zasięgu, sieci te budowane są w oparciu o światłowody wielodomowe. Niewątpliwie zaletą tych sieci są tanie nadajniki i odbiorniki. Łącza pracujące w drugim oknie charakteryzują się zasięgiem transmisji od około 75 do 100 km, wykorzystywane są tu zarówno włókna jednomodowe, jak i wielomodowe. A wszystko to dzięki niewielkiej tłumienności (0,4 dB/km) i prawie zerowej dyspersji. Na tej długości fali pracują systemy telekomunikacyjne i zaawansowane sieci komputerowe. Natomiast w trzecim oknie, łącza buduje się w oparciu o włókna jednomodowe i znajdują one zastosowanie w telekomunikacji dalekiego zasięgu. Niska tłumienność poniżej 0,2 dB/km i niewielka wartość współczynnika dyspersji (około 4 ps/km/nm np. Corning Leaf) pozwala na uzyskanie coraz większych odległości pomiędzy stacjami regeneracji.

Istnieje wiele przyczyn pochłaniania promieniowania w światłowodach:

• w zakresie podczerwieni pochłanianie powodują drgające molekuły;
• w zakresie krótkofalowym pochłanianie związane jest z pobudzaniem molekuł i atomów. Dla fal krótkich mamy do czynienia z rozproszeniem Rayleigh’a, które wywołane jest lokalnymi niejednorodnościami (o rozmiarach mniejszych od długości fali), które rozpraszają część mocy, powodując odbicia i rozproszenie promieniowania poza światłowód. Moc rozproszona rośnie proporcjonalnie do częstotliwości $f \approx \frac{1}{\lambda^{4"}}$, znaczenie rozproszenia Rayleigh’a jest dominującym w paśmie ultrafioletu, czyli jego wpływ maleje wraz ze wzrostem długości fali. Innym typem rozpraszania jest rozpraszanie Mie, które powstaje na skutek niedoskonałej struktury światłowodu (np. zmiana współczynnika załamania wzdłuż osi światłowodu, zmiany średnicy rdzenia). Ponadto przy dużych gęstościach energii należy uwzględnić straty wprowadzane przez wymuszone rozproszenie Ramana czy Brillouina (powodujące powstawanie zjawisk nieliniowych).
• obecność zanieczyszczeń (w szczególności jonów metali i OH^–) powoduje zwiększenie stałej tłumienia. Należy tu zwrócić uwagę na pik wodny (ang. water peak) występujący pomiędzy drugim a trzecim oknem telekomunikacyjnym. Linią przerywaną zaznaczono krzywą dla obecnie produkowanych światłowodów. Dzięki dużemu zmniejszeniu wpływu jonów OH, uzyskano lepsze warunki propagacji w trzecim oknie telekomunikacyjnym.

Obecnie w telekomunikacji dalekosiężnej istnieją dwa zalecane zakresy długości fal okno 2 i okno 3. Dla długości fali 1550 nm światłowody kwarcowe mają najmniejszą tłumienność, która wynosi poniżej 0,2 dB/km. Do kompensacji tłumienia używa się wzmacniaczy światłowodowych EDFA (ang. Erbium–Doped Fibre Amplifier) pracujących w trzecim oknie telekomunikacyjnym lub wzmacniaczy półprzewodnikowych.