Дисперсия оптического волокна
В режиме, когда оптическое волокно работает при уровнях передаваемой мощности, не вызывающей нелинейные эффекты, потери в волокне и дисперсия определяют волокно с точки зрения пропускной способности.
В технике оптико-волоконной связи под дисперсией понимается изменение длительности импульса при прохождении его по волокну. Изменение это обычно сводится к уширению импульса, хотя уже созданы волокна, в которых дисперсия сводится к его сужению.
Мы рассмотрим расширение импульса:
На входе прямоугольный импульс, а на выходе импульс будет иной формы. Длительность импульса определяется на уровне 0,5 по мощности.
За счет дисперсии: 
, где 
, где 
– величина уширения импульса за счет дисперсии. зависит в данном случае от длины волокна 
: чем больше , тем больше 
.
Поэтому если длина линейного тракта велика (расстояние между регенераторами), это приводит к уменьшению реализуемой скорости передачи.
Виды дисперсии
В настоящее время различают следующие виды дисперсии:
1. межмодовая
2. материальная
3. волноводная
4. поляризационная
2-й и3-й вид дисперсии объединяются в хроматическую дисперсию.
1. Межмодовая дисперсия существует в многомодовых волокнах. Может быть ступенчатой и градиентной. Величина этой дисперсии: 
,
где 
, 
– скорость света; – длина пути. Эта оценка максимальная.
На самом деле:
На участке 
происходит активный обмен энергией между модами. Межмодовая дисперсия оказывается очень большой ~ 50 нс/км.
|
|
|
Отсюда получается, что скорость передачи по волокну ограничена. Скорость передачи обратно пропорциональна величине дисперсии. Поэтому от многомодового волокна отказываются.
~ 50 нс/км.
Пропускная способность кабеля на расстоянии 1 км:
.
Многомодовое волокно используют на коротких участках 100÷500 м.
2. Материальная дисперсия: связана с зависимостью показателя преломления от длины волны 
.
В этом случае: 
; 
.
Групповая скорость 
- это скорость передачи импульсов. Разные частоты идут с разной скоростью, что приводит к расплыванию импульсов.
;
– материальная дисперсия, где 
– ширина спектра излучения источника.
Чем шире спектр излучения источника, тем больше материальная дисперсия.
Источник излучения должен иметь узкий спектр излучения, т. е. должен быть высокостабильным.
Формулу можно записать:
, где 
- параметр материальной дисперсии. Дисперсия зависит от материала из которого сделан световод.
Для кварца 
Частота 
за пределами рабочей частоты системы передачи.
Помимо материальной, в волокне есть еще и волноводная дисперсия.
3. Волноводная дисперсия.
|
|
|
, где 
; 
; V - безразмерная частота.
; 
- групповой показатель преломления.
Есть зависимость частоты от радиуса. Оказалось, что 
везде положительна, а
есть отрицательная, то есть:
Из графика видно, что в некоторой точке дисперсия равна нулю:
- хроматическая дисперсия.
Подбирая параметры волокна получаем нулевую дисперсию в некоторой точке. Оказалось, что такая точка расположена в окне 1.3 мкм. Это точка нулевой дисперсии. В этой точке скорость пропускания оказывается наибольшей и равна 
.
Длина регенерационного участка должна быть небольшой – в точке 1.3 мкм – большое затухание. По абсолютной величине хроматическая дисперсия гораздо меньше межмодовой дисперсии, поэтому, при наличии последней, хроматической дисперсией можно пренебречь. У градиентного волокна межмодовая дисперсия мала, поэтому, в некоторых случаях пренебречь хроматическойдисперсией нельзя, и ее учитывают даже для многомодового волокна.
У градиентного волокна:
, где .
4. Поляризационная дисперсия.
Поляризационная дисперсия возникает вследствие того, что в одномодовом волокне распространяются две взаимно-ортогональные моды 
Таким образом, в волокне существуют две одинаковые моды. Так как волокно не является идеальным, то скорости передачи для каждой из ортогональных мод различны, что и вызывает дисперсию.
|
|
|
Неоднородности, порождающие неравномерность фаз скоростей, расположены случайно по волокну, поэтому какую-то закономерность, как в случае с материальной дисперсией выявить не удается. Но она есть и носит случайный характер. Говорят о среднеквадратическом значении дисперсии: РМД 
.
Эта дисперсия маленькая и на нее обратили внимание только, когда скорости передачи подошли к 10 Гбит/с. Эту дисперсию учитывают, но бороться с ней очень сложно. Величины РМД порядка единиц .
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 890; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!