37. Материальная дисперсия

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления сердцевины и оболочки от длины волны.

Данная дисперсия объясняется тем, что коэффициент преломления стекла изменяется с длиной волны n = φ(λ). А практически любой, даже лазерный источник излучения, генерирует не на одной длине волны (λ), а в определенном спектральном диапазоне (Δλ).

В результате различные спектральные составляющие передаваемого оптического сигнала имеют различную скорость распространения, что приводит к их различной задержке на выходе волокна. Из-за узкой полосы излучаемых длин волн у лазерных источников излучения данный вид дисперсии сказывается незначительно. В некогерентных источниках – излучающих светодиодах – полоса пропускания существенно шире, и эта дисперсия проявляется довольно значительно. Так, основной параметр, который характеризует дисперсию данного вида Δλ/λ, для лазеров составляет 0,001, а для излучающих световодов – 0,1, т.е. на два порядка больше.

Величину уширения импульсов из-за материальной дисперсии τ_мат можно найти из выражения .

Для инженерных расчетов в первом приближении можно использовать упрощенную формулу, не учитывающую форму профиля показателя преломления (для идеального ступенчатого профиля показателя преломления): τ_мат = Δλ М(λ),

где Δλ – ширина спектра излучения источника, обычно соответствует 1…3 нм для лазера и 20…40 нм для светоизлучающих диодов; М(λ) – удельная материальная дисперсия, значения которой табулированы в табл. 6.

В ступенчатых световодах при многомодовой передаче доминирует модовая дисперсия, достигающая больших значений (20…50 нс/км)

В одномодовых ступенчатых световодах отсутствует модовая дисперсия. Здесь проявляется волноводная и материальная дисперсия, но они почти равны по абсолютной величине и противоположны по фазе в широком спектральном диапазоне в силу этого происходит их взаимная компенсация и результирующая дисперсия при = 1,2…1.7 мкм не превышает 1 нс/км.

38. Поляризационная модовая дисперсия

Поляризационно-модовая дисперсия (ПМД) возникает вследствие неидеальности геометрии сердцевины оптического волокна, приводящей к различию скоростей распространения двух взаимно-перпендикулярных поляризационных составляющих основной моды. На скоростях передачи до 2,5 Гбит/с величина ПМД остается малой по сравнению с величиной хроматической дисперсии в волокне. Однако, при скоростях передачи 10 Гбит/с и выше, величина ПМД становится сравнимой с величиной хроматической дисперсии. В отличие от хроматической дисперсии, ПМД не удается скомпенсировать, поэтому в современных высокоскоростных системах передачи ПМД становится определяющим фактором, ограничивающим полосу пропускания и максимальную дистанцию передачи.

Ко­эффициент удельной дисперсии Т нормируется в расчете на 1 км и имеет размерность (nc/ ), а т | растет с ростом расстояния по закону .

В одномодовом волокне в действительности может распространяться не одна мода, а две фундаментальные моды - две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. В иде­альном волокне, в котором отсутствуют неоднородности по геометрии, две моды распростра­нялись бы с одной и той же скоростью, рис. 2.11 а. Однако на практике волокна имеют не идеальную геометрию, что приводит к различной скорости распространения двух поляриза­ционных составляющих мод, рис. 2.11 б.

Избыточный уровень проявляясь вместе с чирпированныммодулированным сиг­налом от лазера, а также поляризационной зависимостью потерь, может приводить к времен­ным колебаниям амплитуды аналогового видеосигнала. В результате ухудшается качество изображения, или появляются диагональные полосы на телевизионном экране.

Рис. 2.11. Появление поляризационной модовой дисперсии [11]

Главной причиной возникновения поляризационной модовой дисперсии является нециркулярность профиля сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатации волокна. При изготовлении волокна только строгий контроль позволяет достичь низких значений этого параметра.

Измерение фактического значения ПМД в процессе строительства линии позволяет определить максимальную полосу пропускания данной линии и правильно рассчитать длину регенерационного участка. При модернизации линии с целью повышения пропускной способности измерение фактической ПМД позволяет получить ответ на вопрос, можно ли поднять пропускную способность линии путем повышения скорости передачи или необходимо внедрение системы передачи на основе спектрального уплотнения (DWDM).