Ігнатьєв Ф Н Московський авіаційний інститут (Державний технічний університет) Москва, 125871, Росія e-mail: f пignatiev @ mtu-netru

Анотація – Обговорюються фазові ефекти, що ініціюються поглинанням випромінювання робочих частот в оптичному волокні в умовах спектрального ущільнення

I                                         Введення

Використання спектрального ущільнення в воло-кінно-оптичних системах передачі інформації супроводжується значним зростанням переданої через волокно потужності випромінювання У цих умовах можна очікувати посилення різних нелінійних ефектів В умовах спектрального ущільнення середу поширення сигналу в окремому каналі відчуває обурення, що ініціюються проходженням сигналів по іншим каналам Ці збурення викликають не тільки адитивні, а й мультиплікативні завади, здатні викликати обмеження пропускної здатності волокна Основна увага роботи зосереджена на аналізі фазових ефектів, ініційованих змінами показника заломлення і пружно-напруженого стану волокна

II                                       Теорія

Оптичні волокна, використовувані в оптичних інформаційних системах та звязку, являють собою структури з діелектричних і напівпровідникових матеріалів з низьким, але кінцевим рівнем енергетичних втрат в діапазоні робочих довжин хвиль Однією з причин енергетичних втрат є залишкове поглинання, повязане з порушенням електронних і атомних станів матеріалу волокна Подібні порушення в твердому тілі супроводжуються структурними перебудовами і можуть розглядатися як структурні порушення або дефекти внаслідок супроводжуючого їх зміни матеріальних параметрів Властивості структурних порушень залежать від властивостей матеріалу і енергії випромінювання Як обєкт дослідження розглянемо силікатне стекпо, що є типовим представником діелектричних стекол і широко використовується у виробництві оптичних волокон Результати дослідження без будь-яких обмежень можуть бути застосовані для аналізу обговорюваних в роботі явищ і в інших діелектричних і напівпровідникових стеклах, а також оптичних волокнах на їх основі

До теперішнього часу накопичений великий експериментальний і теоретичний матеріал щодо природи і властивостей дефектів у силікатному склі Типовими для силікатних стекол є дефекти, повязані з порушенням координації атомів кремнію і кисню, а також центри, повязані як з технологією виготовлення скла, так і з спрямованої модифікацією його властивостей Виникнення структурних порушень в волокні супроводжуються змінами його макроскопічних характеристик: геометрії волокна, зміною внутрішніх напружень, спектрів наведеного поглинання і т д Оцінка фазової чутливості Аф {ф-Ш) хвилі що розповсюджується в волокні до переданої волокну енергії ΔΕ робочих частот призводить до вираження:

I

тут Mj – зміна показника заломлення серцевини волокна обумовлене обуренням спектрів електронних і атомних станів матеріалу в i-том каналі, Рц v \ Р] 2 – коефіцієнти Поккельса, v \ – аксіальна і радіальна деформації волокна Таким чином, фазова чутливість визначається ініційованими дефектами деформаціями волокна і змінами показника заломлення його серцевини

Зміст оцінки пружно-напруженого стану тіла в умовах дефектообразования становить встановлення залежності між виникаючими напруженнями (деформаціями) в тілі і енергією, переданої тілу випромінюванням

Передану в елементарний обєм волокна енергію, AE (r, t), можна оцінити виразом:

гдеР ^, (г, /) – потужність випромінювання, створювана в точці г сигналом к-то каналу, середнє значення коефіцієнта поглинання в смузі робочих частот, / – тривалість повідомлення, N – число каналів

Структурні порушення, що виникають внаслідок збурень електронних станів стекпа при передачі енергії фотонного випромінювання, в теорії твердого тіла ідентифікуються як точкові де-фекти \ Освіта точкового дефекту в аморфних діелектричних і напівпровідникових матеріалах, з точки зору його впливу на упругонапряженное стан, еквівалентно введенню в тіло центру дилатації з обємною щільністю сил:

тр, е λ \ л μ коефіцієнти Ламі, 5 (г) – дельта – функція, Qq – «потужність» дефекту’ ^ Поле формованих щільністю сил (3) переміщень має макроскопічний характер Ця обставина забезпечує можливість використання макроскопічних методів при аналізі пружно-напруженого стану твердого тіла в умовах дефектообразования Використовуючи термодинамічний підхід можна показати ®, що в умовах довільного розподілу дефектів, що виникають в тілі напруги можна оцінити виразом:

Тут: К – ізотермічний модуль всебічного стиску, aj-коефіцієнт теллового розширення, ^-хімічний потенціал, £-енергія, що передається речовині випромінюванням в одиничному акті взаємодії, Qj – середня величина зміни обєму тіла при утворенні дефекту– Тепло

ємність при постійному обсязі, – тензор деформацій, – символ Кронекера

Перший доданок в правій частині описує напруги, що у тілі внаслідок ініційованих Дефектообразование змін температури

Для якісної оцінки числа дефектів,

створюваних у волокні випромінюванням можна скористатися виразом

тут ω – середнє значення частоти в робочому інтервалі, W – ймовірність переходу порушеної носія заряду в стан дефекту Послідовна оцінка, що враховує статистичний характер генерації дефектів в склі і кінцівку часу життя дефектів передбачає вирішення стохастичного рівняння балансу, що виходить за рамки цієї роботи

В силу аксіальної симетрії обговорюваної задачі рівняння (4) допускає аналітичне рішення

Зміна показника заломлення серцевини волокна / dw, – обумовлене обуренням спектрів електронних станів матеріалу може бути оцінено інтерферометра зразка в відсутність ініційованих Дефектообразование напруг

III                                   Висновок

Обговорювані обурення фазових характеристик відносно малі, але подібно поглинанню вони накопичуються в міру проходження сигналу через волокно Слід очікувати, що вплив фазових ефектів зростає із зростанням числа каналів у системах зі спектральним ущільненням У цьому звязку видається цікавим дослідження граничного числа каналів, здатних бути переданими волокном в умовах спектрального ущільнення

IV                                   Література

[1]  Eshelby J Distortion of а crystal by point imperfections

J Appl Phys 1954 v 25 p 255-261

[2]  Kosevich A M Physical mechanics of real crystals Kiev, 1981467 p

[3]  Ignatiev F N Theory of irradiation induced deformations in amorphous solids (Unpublished)

[4]  Tanimura Κ, Tanaka Т, itoh N Creation of quasi stable lattice defects by electronic excitation in ЗЮг Phys Rev Lett 1983 V51N5 p 423-42

ANALYSIS OF OPTICAL FIBER CAPACITY IN A WDM SYSTEMS

F N Ignatiev Moscow Aviation Institute (State Technical University)

Moscow, 125871, Russia e-mail: fnlgnatlev@mtu-net ru

Abstract – Phase phenomena induced in optical fibers by residual absorption in the region of operational wavelengths are discussed

I                                         Introduction

Optical fibers are fabricated from dielectric or semiconductor materials with low but finite absorption within a range of working wavelengths This residual absorption results in formation of defects changing the dielectric and mechanical parameters of a fiber The changes in the refractive index of a core and strains Uj]^ induced in a fiber by defects give rise to phase perturbations in a wave propagating in an optical fiber

II                                           Theory

The sensitivity of an optical phase in a fiber to the residual absorption can be evaluated by the expression (1) Where Anj is the change in the refraction index n caused by perturbations of electronic and atomic spectra in a material of the core, Pj] and Pi2 are the Pockel’s coefficients of the core, and are axial and radial strains in the core, a,nAAE(r) is the energy of the radiation absorbed in the core For qualitative estimations oiAE(r) equation (2) is used Where is the coefficient of the residual absorption, P^,(r,/)is the power of a

signal at point r in a fiber at time г in a channel Λ, N is the number of channels in the fiber For evaluation of stresses and strains in optical fibers initiated by defects the theory was developed [3] Strains and stresses arising in a fiber can be evaluated using equations (4) Where До is the isothermal compression module, αχ is the thermal expansion coefficient, ε is the energy transmitted to a fiber by radiation in the act of interaction, Д is the change in volume of a fiber per a defect [1, 2, 4], ^ is the chemical potential, Cy is the thermal capacity, is the strains tensor The number of defects created within a fiber in consequence of the residual absorption can be estimated from equation (5) Where Ш is the average frequency in a working interval, w is the probability for excited electrons to be trapped in defect states

III                                       Conclusion

Changes in the phase characteristics initiated by the residual absorption are slight, but, like attenuation, they are accumulated during signal propagation through a fiber and need an experimental research The magnitude of the phenomenon discussed increases with a number of channels in WDM systems In this connection the question about the limit number of channels is actual one

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р