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 τ_мат 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 τ_мат 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 τ_вв 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.