6.5Дисперсия

В световоде при передачи импульсных сигналов после прохождения ими некоторого расстояния световые импульсы искажаются и расширяются во времени, т.е. время подачи одного импульса увеличивается. В результате наступает такой момент, когда соседние импульсы начинают перекрывать друг друга. Данное явление в теории световодов называется дисперсией.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон использования световодов, она существенно снижает дальность передачи по ОК, т.к. чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и больше уширение импульса.

Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и появление спектра , существование большого числа мод N.

Первая называется хроматической дисперсией, которая делится на материальную и волновую.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длины волны.

Волновая дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны.

Модовая дисперсия объясняется наличием большого числа мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью.

;

; ;

;

км;

км;

км.

Профильная дисперсия обусловлена шероховатостью, неодинаковостью толщины ОВ.

Результирующее значение уширения импульсов за счет модовой, материальной, волновой и профильной дисперсий определяется следующим образом:

. (6.6)

В ВОЛС с ОМ модовая дисперсия на несколько порядков превышает все остальные дисперсии, поэтому для многомодовых ОК результирующая дисперсия в основном определяется модовой дисперсией.

В одномодовых световодах отсутствует модовая дисперсия. Здесь проявляются волновая, материальная и профильная дисперсии:

Дисперсия проявляется по-разному в различных типах волоконных световодов.

Сравнивая дисперсионные характеристики световодов, можно отметить, что лучшими параметрами обладают одномодовые световоды. Хорошие данные также у градиентных световодов с плавным изменением показателей преломления. Наиболее резко дисперсия проявляется у ступенчатых многомодовых световодов. Это объясняется следующим.

В ступенчатом многомодовом световоде лучи зигзагообразно отражаются от границы «сердечник-оболочка». Причем пути следования лучей различны, поэтому они приходят к концу линии со сдвигом во времени. Это приводит к искажению передаваемого сигнала. В градиентных световодах лучи распространяются по волнообразным траекториям. Лучи, находящиеся близко от оси световода, проходят меньший путь в области с большим показателем преломления, а периферийные лучи имеют больший путь в среде с меньшим показателем преломления. В результате скорость распространения различных лучей выравнивается, и они приходят к концу линии практически в одинаковое время. Вследствие этого искажения передаваемого сигнала в градиентных световодах меньше, чем в ступенчатых. Пути следования лучей в градиентных и ступенчатых ОВ:

Рисунок 6.14

В справочниках задаются нормированные значения дисперсий (отнесенные к единице спектра излучения):

М - нормированная материальная дисперсия [пс/км*нм];

П - нормированная профильная дисперсия [пс/км*нм];

В - нормированная волновая дисперсия [пс /км*нм];

Тогда можно записать следующее:

 = В *;

 = М *;

 = П *,

где  - спектр излучения светодиода(CD) или лазерного диода (ЛД).

Важным параметром, характеризующим ММ ОВ является широкополосность, которая определяется как: Fок =мод [Гцкм]

где =0,64 -коэффициент, зависящий от типа импульса;

Fок=200Гцкм

Рассмотрим спектральные характеристики различных излучателей:

• для светодиода:

спектр излучения для CD - =(20200)нм,

Рисунок 6.15

• для лазера (ММ)

спектр излучения - =(520)нм,

Рисунок 6.16

• для ОМ лазера спектр излучения - =(13)нм,

• прецизионный лазер спектр излучения - =(0,11)нм

Лазер от светодиода отличается тем, что у лазера есть резонатор, который из всего, что излучает p-n переход выделит узкую полосу.

68