Хроматическая (частотная) дисперсия
Данная дисперсия вызвана наличием спектра частот у источника излучения, характером диаграммы направленности и его некогерентностью. Хроматическая дисперсия, в свою очередь, делится на материальную, волноводную и профильную (для реальных волокон).
Материальная дисперсия
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 воли 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 светодиодов - 0,1, т.е. на два порядка больше.
Величину уширения импульсов из-за материальной дисперсии τмат можно найти из выражения (15).
Для инженерных расчетов в первом приближении можно использовать упрощенную формулу, не учитывающую форму профиля показателя преломления (для идеального ступенчатого профиля показателя преломления):
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 затабулированы (табл. 5);
• ℓ - длина линии.
Удельная материальная дисперсия выражается в пикосекундах на километр длины световода и на нанометр ширины спектра.
Таблица 5
-
Длина волны
λ, мкм
0,6
0,8
1,0
1,2
1,3
1,4
1,55
1,6
1,8
М(λ), пс/(км.нм)
400
125
40
10
-5
-5
-18
-20
-25
С увеличением длины волны значение τмат уменьшается, а затем проходит через нуль и приобретает минусовое значение.
Волноводная (виутримодовая) дисперсия
Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны γ=ψ(λ). Являясь составной частью хроматической дисперсии (так же как и материальная дисперсия), волноводная дисперсия зависит от ширины передаваемого спектра частот.
Величина уширения импульсов из-за волноводной дисперсии τвв находится из выражения (16). Для инженерных расчетов можно использовать упрощенную формулу:
где
• В(λ) - удельная волноводная дисперсия, значения которой затабулированы (табл. 6);
• Δλ - ширина спектра излучения источника;
• ℓ - длина линии.
Удельная волноводная дисперсия так же, как и удельная материальная дисперсия, выражается в пикосекундах на километр длины световода и на нанометр ширины спектра.
Таблица 6.
-
Длина волны λ, мкм
0,6
0,8
1,0
1,2
1.3
1,4
1,55
1,6
1,8
В(λ), пс/(км.нм)
5
5
6
7
8
8
12
14
16
Как видно из табл. 5 и 6 (для ОВ со ступенчатым ППП), вблизи длины волны λ≈1,35 мкм происходит взаимная компенсация материальной и волноводной дисперсии. Из-за этого волна 1,3 мкм получает широкое применение при передаче по одномодовым волокнам, однако по затуханию предпочтительнее волна 1,55 мкм. Поэтому для достижения минимума дисперсии приходится варьировать профилем показателя преломления и диаметром сердечника. При сложном трехслойном профиле показателя преломления можно и на длине волны 1,55 мкм получить минимум дисперсионных искажений.