Измерения длины волны отсечки и диаметра поля моды одномодового волокна

⇐ Предыдущая 31 32 33 34 35 36 373839 40 41 42 43 44 45 46 Следующая ⇒

Длина волны отсечки. Одномодовое волокно с произвольным профилем n(r) всегда можно представить в виде волокна со ступенчатым профилем, имеющего ту же постоянную распространения и структуру поля. Единственное условие при этом - сохранение знака производной n^'(r) на всем интервале 0£r£а.

Распределение поля основной моды в одномодовом волокне можно аппроксимировать функцией Гаусса. При длине волны λ=λ₀ возникает следующая мода (после моды HE₁₁), т.е. волокно перестает быть одномодовым. В одномодовом прямолинейном волокне с идеальным ступенчатым профилем n(r) длина волны отсечки :

. (14.2)

В реальных волокнах λ₀ меньше, чем в (14.2), т.к. реальный профиль отличен от ступенчатого и существуют микро- и макроизгибы, нарушающие структуру поля (вторая причина более существенная).

Диаметр основной моды Wхарактеризует распределение энергии в поперечном сечении одномодового волокна и определяет потери на рассеяние, связанные с различными неоднородностями. Кроме того, диаметр поля основной моды определяет потери на соединениях. Зная W=f(l) можно определить λ₀.

Непосредственный метод измерения W

Непосредственный метод измерения W заключается в сканировании поперечного сечения излучающего торца одномодового волокна фотоприемным устройством и в определении границы мощности на уровне e^-1.

Модификации метода:

а) метод ближнего поля - распределение мощности излучения при высокой степени его фокусировки непосредственно у поверхности торца определяют с помощью микроскопа

б) метод дальнего поля - распределение мощности излучения находят сканирующим фотодетектором на удалении от торца

в) метод относительного поперечного смещения двух идентичных одномодовых волокон - применяют специальное трехкоординатное юстировочное устройство, дающее возможность с большой точностью определить полярные координаты перемещающегося торца волокна относительно неподвижного торца другого волокна. Торцы помещают в иммерсионную жидкость на расстоянии около 5 мкм друг от друга.

Косвенный метод измерения W

Косвенный метод измерения W не требует сканирования. Используют соотношения:

, (14.3)

где α_доб(λ) -затухание зазора между идентичными торцами одномодовых волокон в иммерсионной жидкости, d- длина зазора, l-длина волны. Измеряют мощность (P₁) на выходе входного волокна и выходного волокна (P₂) и определяют затухания зазора:

, (14.4)

где α₂(λ) -затухание выходного волокна. Полученное из (14.4) α_доб(λ) подставляют в (14.3) и рассчитывают W.

Непосредственный метод измерения λ₀

Непосредственный метод измерения λ₀ (метод передаваемой мощности). Метод основан на том, что на длине волны отсечки вследствие перераспределения мощности излучения между модами - мощность падает. Длина измеряемого образца 2 м. От перестраиваемого лазера возбуждается исследуемое одномодовое волокно и опорное многомодовое (этим устраняется влияние изменения выходной мощности при перестройке лазера, обеспечивается возможность наблюдения спада мощности на выходе при λ=λ₀). Индикатор дает нормированную мощность (относительно мощности на выходе многомодового волокна).

Метод изгиба

Метод изгиба (разновидность метода передаваемой мощности) основан на том, что в изогнутом волокне возникает дополнительное затухание α_и(λ).

Волокно также возбуждается перестраиваемым лазером. Опорное волокно – то же волокно, намотанное на бобину R³ 200 мм (при котором потери на изгиб практически отсутствуют). Определяют зависимость выходной мощности от длины волны P(l) при P_вх=const. При тех же условиях ввода волокно наматывают на каркас R »10- 15 мм. При этом потери на изгиб - существенны. Определяют P_и(l) . В результате получают потери на изгиб:

При l=l₀ α_и(λ) - максимально.

Косвенное определение l₀

Значение l₀можно получить из зависимости W=W(l):

· по графику зависимости W(l) (рис.14.3)

· из соотношения:

где а и NA - относятся к эквивалентному волокну со ступенчатым профилем.

Для определения а и NA измеряют a_доб(l₁) и a_доб(l₂), для двух значений l, и по (14.15) находят W(l₁) и W(l₂). Из (14.18) получают систему двух уравнений с двумя неизвестными, откуда определяют а и NA. Подставив их в (14.14) находят λ₀.