6. Межмодовая дисперсия в ступенчатых и градиентных ов.

Межмодовая дисперсия характерна только для многомодовых ОВ. Ее возникновение можно объяснить как различной длиной пути, пробегаемого каждой модой, так и различными коэффициентами распространения отдельных мод.

Введем в многомодовое ступенчатое волокно длиной L короткий импульс, возбуждающий все его моды. Используя приближение геометрической оптики найдем, что осевой луч пройдет волокно за время t₀ = Ln₁/c, а луч, вошедший под углом _кр придет на выход ОВ позднее - через t_кр = Ln₁/ccos_кр. Таким образом, увеличение длительности выходного импульса можно выразить следующим образом

_мм = t_кр – t₀ = L(n₁ - n₂) c = LNA²/(2cn₁). (5.24)

Рис.5.11. Дисперсионные характеристики ОВ.

При описании многомодовых волокон, пользуются также понятием полосы пропускания волокна. При расчете полосы пропускания f можно воспользоваться соотношением

f = 0,44/_мм

Измеряется полоса пропускания в МГц, а удельная полоса пропускания F (полоса пропускания волокна длиной 1км) в мегагерцах на километр. Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничения на дальность передачи и верхнюю частоту передаваемых сигналов. Физический смысл F - это максимальная частота модуляции передаваемого сигнала при длине линии 1 км.

Таким образом, видно, что из-за значительной величины межмодовой дисперсии ступенчатое волокно имеет достаточно узкую удельную полосу пропускания ( 70100 МГц  км).

Межмодовая дисперсия в градиентных волокнах определяется различной скоростью распространения высших и низших мод ОВ, что объясняется различными значениями показателя преломления вблизи оси и на периферии сердцевины ОВ. Если в градиентных ОВ рассмотреть геометрический путь лучей, то осевой луч проходит меньший путь, но он проходит в области максимального показателя преломления. Остальные лучи имеют геометрически большую длину пути, но значительная часть их пути проходит в области с меньшим показателем преломления. Таким образом, времена прохождения лучей выравниваются и разность временных задержек невелика.

Сравним величину межмодовой дисперсии в ступенчатом и градиентном волокнах с одной и той же длиной. Сравнение соотношений (5.24) и (5.26) для оптимального профиля показывает, что в градиентном волокне дисперсия примерно в 1/ раз меньше, чем в ступенчатом.

Меньшая дисперсия в градиентных волокнах их существенное достоинство перед ступенчатыми. Причем при оптимальном профиле показателя преломления выигрыш примерно в 100 раз, а при не выполнении этого условия - в 10 раз и менее

7. . Поляризационная дисперсия (пд)

В одномодовом волокне могут распространяться две фундаментальные моды, поляризации которых ┴. Поэтому возникает ПД.

В идеальном волокне без неоднородностей две ┴ составляющих моды распространяются с одной скоростью. На практике волокна неидеальны и скорости распространения ┴ составляющих моды - разные. Поэтому возникает ПД.

Причины появления:

Главная причина ПД - эллиптичность (овальность) профиля сердцевины волокна. Это не поддается контролю и носит статистический характер. Мода с одной поляризацией на некой длине l_i может двигаться быстрее моды с ┴ поляризацией и наоборот. Приращение временных задержек может быть как положительным (+t,), так и отрицательный (-t,) для каждой из мод. На фиксированной длине волокна L длительность выходного импульса будет t + . Увеличение длительности импульса  и является ПД. Оно определяется (через теорвер):

,

k — количество неоднородностей на длине волокна. Размерность ПД - .

принципиальные отличия ?

• только ПД ведет к уширению спектра сигнала

имеет случайный (статистический) характер