Волноводная дисперсия
Дисперсия реальных световодов отличается от дисперсии объемной среды наличием волноводной структуры, изменяющей эффективный показатель преломления моды. В результате появляется особая волноводная составляющая дисперсии, которая складывается определенным образом с дисперсией материала, формируя результирующую дисперсию. Вклад волноводной дисперсии зависит от радиуса сердцевины, разности показателей преломления сердцевины и оболочки и числа оболочек Для описания дисперсии в световоде с учетом ее волноводной составляющей вместо параметра β2 используется дисперсионный параметр D:
D = -2 π с β2 / λ2 , (2.26)
Во избежание путаницы, возникающей при чтении ряда публикаций, нужно помнить, что для оптических волокон в справочниках в качестве дисперсионной характеристики приводят зависимость именно этого параметра D, имеющего размерность [пс/км/нм], а не [пс2/км], и знак противоположный знаку дисперсии групповых скоростей. Поэтому и наклон зависимости дисперсионного параметра D от β2 называемый часто наклоном ненулевой дисперсии, будет положительным (а не отрицательным). А фразы в публикациях «в области положительных (или отрицательных) дисперсий» могут на самом деле иметь обратный смысл, так как дисперсия, по определению, положительна при положительном β2 (т.е. отрицательном, а не положительном D).
Действие волноводной составляющей дисперсии сдвигает длину волны нулевой дисперсии до величины λод = 1312 нм (см. рис. 2.6-2, кривая 1) [2]. Этот факт используется при выборе длины волны источника (1310 нм) для работы с одномодовыми ОВ. Используя несколько слоев оболочки и тем самым изменяя параметры волноводного тракта, можно сдвинуть длину волны нулевой дисперсии в диапазон 1500-1600 нм. Для этого оказалось достаточным использовать две оболочки (см. рис. 4, кривая 2) - этот тип оптоволокна получил название - оптоволокна со сдвигом дисперсии (DSF). Используя многослойную оболочку (см. рис. 4, кривая 3 - оболочка имеет 4 слоя), можно добиться почти плоской и близкой к нулевой дисперсионной характеристики (/D/=≤ 1-6 пс/км/нм) в диапазоне длин волн от 1300 до 1650 нм. Так появилось волокно с ненулевой (и маломеняющейся) дисперсией (NZDSF).
Рис.4. Зависимость дисперсионного параметра волокна D от длины волны и числа оболочек: SC - одна оболочке, DC - две оболочки, QС - четыре оболочки
Таким образом, вэлокна со смещенное дисперсией имеют дисперсионную xapактеристикунуль которой смещен в область центра третьего окна - 1550 нм (см. рис. 5). Этот тип ОВ с успехом использовался в синхронных оптических системаx SDH. Учитывая широкое использование систем волнового мультиплексирования, требующих оптимизации показателя преломления не в одной точке а в определенном диапазоне длин волн, например 1530-1561 нм и шире, а также учитывая нежелательную возможность влияние четырехволнового смешения, волокна со смещенной нулевой дисперсией уступили место волокнам с ненулевой дисперсией, показатель преломлешя которой не равен нулю, но мал и слабо меняется в указанном диапазоне волн, формируя почти плоскую дисперсионную характеристику. Показатель преломления таких волокон имеет характерную, форму трезубца, амплитуда центрального зубца которого существенно больше боковых зубцов.
Рис. 5. Зависимость дисперсионного параметра D различных одномодовых ОВ в окне 1550 нм