вытяжки от 1940° до 1860° уменьшает коэффициент рэлеевского рассеяния на 23% (см. рис.3).

Проведенные прямые измерения КРР позволяют оценить минимальный уровень оптических потерь, которого можно достичь в высоколегированных одномодовых световодах. На длине волны 1.55 мкм вклад УФ поглощения в оптические потери в световодах с концентрацией 30 мол.% составляет 0.1 дБ/км, а вклад ИК поглощения значительно меньше 0.1 дБ/км [5]. Таким образом, в градиентных световодах с максимальной концентрацией оксида германия 30 мол.% (Д~3%, Д~2.6%), минимальный уровень оптических потерь составляет 0.45 дБ/км на длине волны 1.55 мкм и может увеличиваться на 20-30% в случае световодов со ступенчатым ППП или при увеличении температуры вытяжки. В высоколегированных фосфоросиликатных световодах (Д = 0.70.9%) минимальный уровень оптических потерь на длине волны 1.31 мкм составляет 0.28-0.3 дБ/км. Надо отметить, что уровень полных оптических потерь в лучших высоколегированных световодах в настоящее время несколько выше, чем оцененный уровень оптических потерь за счет фундаментальных механизмов, что обусловлено отличным от рэлеевского видом рассеяния [22-24, 29].

5.Заключение

Впервые проведены прямые измерения концентрационной зависимости коэффициентов рэлеевского рассеяния в высоколегированных одномодовых фосфоросиликатных и германосиликатных световодах. Обнаружено, что коэффициент рэлеевского рассеяния изменяется практически линейно при увеличении концентрации оксида германия до 30 мол.% (увеличение Д до 2.9%). Так же впервые изучено влияние температуры вытяжки световодов на величину коэффициентов рэлеевского рассеяния.

6.Благодарности

Авторы выражают глубокую благодарность К. М. Голанту и А. Л. Томашуку, за предоставленные световоды с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и фторированной оболочкой.

Работа подержана грантом РФФИ (03-02-17544).

7.Приложение

7.1. Определение коэффициентов рэлеевского рассеяния методом обратного рассеяния

При измерениях методом обратного рассеяния в световод вводится короткий лазерный импульс, который, распространяясь по длине световода, частично рассеивается, а частично поглощается. Часть рассеянного света распространяется по световоду в направлении, обратном направлению распространения зондирующего импульса и регистрируется фотодетектором. Мощность света P, зарегистрированная фотодетектором, равна

P = рМ. ^0)exp

z0

2 JV( z)dz

\z

V 0j

(5)

здесь Po - мощность введенного в световод излучения, у (z) - коэффициент затухания света в световоде, // - коэффициент обратного рассеяния, z0 - координата точки, в которой произошло рассеяние света.

При соединении двух световодов (механически, сваркой и т.п.) и, проводя измерения обратного рассеяния с двух сторон получившейся системы (вводя излучение в свободные концы соединенных световодов), можно получить отношение коэффициентов обратного рассеяния в исследуемых световодах г/j/г/2.

Согласно работе [30], коэффициент обратного рассеяния

Яп Аэфф

где т - ширина импульса, v - групповая скорость, п - показатель преломления в сердцевине световода, Я - длина волны, Аэфф - эффективная площадь поля моды, определяемая как:

(} 2 12 I I ц/ (r )rdr

АЭфф = 2пЦ-L,(7)

jV4 (r )rdr

0

где ц/(г) - величина электрического поля на расстоянии r от оси световода. арэл -усредненный по ППП коэффициент рэлеевского рассеяния (как указывалось в пункте 2 рассеяние назад обусловлено именно рэлеевским рассеянием), определяемый, как:

сю

аРэЛ = ^-.(8)

j i//4rdr

0

Надо отметить, что практическое использование величины усредненного по ППП коэффициента рэлеевского рассеяния затруднено, поскольку она принимает различные значения для световодов с отличающимися ППП и одинаковой максимальной концентрацией легирующей добавки. Более удобным представляется переход к коэффициентам рэлеевского рассеяния в стекле с постоянным уровнем легирования. Есть два частных случая, в которых подобный переход может быть легко осуществлен. Этим случаям посвящены два следующих раздела.

7.2. Линейная зависимость коэффициента рэлеевского рассеяния от А

Измерение "усредненных по профилю" коэффициентов рэлеевского рассеяния в световодах с градиентным ППП показывает, что зависимость коэффициентов рэлеевского рассеяния близка к линейной в германосиликатном стекле вплоть до концентрации 30 мол.% (А = 2.9%, см. рис. 4). Такую зависимость можно описать, как:

аРэЛ(С) = а5Ю2(1+уА(С)),(9)

здесь арэл - коэффициент рэлеевского рассеяния в кварцевом стекле с концентрацией оксида германия равной С, А - относительный показатель преломления германосиликатного стекла.

В случае наличия световодной структуры, и, как следствие, зависимости показателя преломления и концентрации от радиуса формулу (8) для усредненного коэффициента рэлеевского рассеяния можно переписать следующим образом:

рэл

\арэя¥Л (r )rdr J (aSl0 2 + aSl0 2уД(г ))ц/4 (r )rdr

0_= _0_

COCO

J ц/4 rdrJ ц/4 rdr

0

C

JД(r )ц/4 (r )rdr

1 + у

Jy4 rdr

= aSi0 2(1 + уД).

(10)

2,5

X

<D О О ГО

ср

О *

й *

ц -==

Ш LD

О- Ч =г

-а -а

m о

1,5

1,0

0,0

0,00,51,01,52,02,5

показатель преломления сердцевины Д, %

3,0

Рис.4. Зависимость "усредненного по профилю" коэффициента рэлеевского рассеяния от относительной разницы показателей преломления сердцевины и оболочки, измеренная в высоколегированных германосиликатных световодах с градиентным ППП. Сплошной линией показана линейная аппроксимация полученных результатов.

Соотношение (10) показывает, что усредненный по ППП коэффициент рэлеевского рассеяния соответствует коэффициенту в равномерно легированном кварцевом стекле с относительным показателем преломления Д, величина которого определяется из формулы:

0

J Д(г )y4(r )rdr

Д = —с-.(11).

Jy4 (r )rdr

0

7.3. Ступенчатый профиль показателя преломления

В случае ступенчатого профиля показателя преломления, без каких либо предположений о концентрационной зависимости коэффициентов рэлеевского рассеяния, можно получить: