МОДОВАЯ ДИСПЕРСИЯ
Полоса пропускания многомодовых волокон характеризуется коэффициентом широкополосности F, МГц.км
Полоса пропускания для типовых многомодовых оптических волокон составляет 400…2000 МГц.км
Для высокоскоростной передачи данных (до 1 Гбит/с и выше) необходимо в качестве источников излучения оптоэлектронных модулей использовать одномодовые лазеры
Разброс скоростей распространения этих мод приводит не к уширению оптического импульса, а проявляется в виде дифференциальной модовой задержки (ДМД)
В паспортных данных новых типов многомодовых ОВ помимо указываются дополнительные сведения, полученные в результате измерений ДМД в процессе изготовления волокна -
предельная длина РУ (регенерационного участка) одномодовой ОСП Gigabit Ethernet
ХРОМАТИЧЕСКАЯ ДИСПЕРСИЯ
Хроматическая дисперсия Dch проявляется как в
одномодовых, так и многомодовых оптических волокнах. Она обусловлена конечной шириной спектра излучения лазера и зависимостью скорости распространения мод от длины волны. Хроматическая дисперсия может быть представлена как алгебраическая сумма материальной и волноводной дисперсии:
Материальная дисперсия Dmat определяется
дисперсионными свойствами кварцевого стекла и легирующих добавок. Если показатель преломления среды зависит от длины волны n( ), то и скорость распространения моды оптического излучения в этой среде также будет характеризоваться спектральной зависимостью ( )=c/n( ).
n( )
86,5% SiO2+13,5%GeO2
100% SiO2
, мкм
Рисунок 13 - Спектральная зависимость коэффициента материальной дисперсии чистого кварца (сплошная кривая) и кварца,
легированного 13,5% Германия (штриховая кривая)
Dmat, пс/(нм.км)
0=1280 нм
100% SiO2
86,5% SiO2+13,5%GeO2
Уравнение Селмейера:
где Aj и Bj – коэффициенты Селлмейера, соответствующие заданному типу материала, легирующей примеси и ее концентрации.
|
|
Количественно, |
материальную |
дисперсию |
|
|
оценивают коэффициентом Dmat |
пс/(нм.км), |
|
, мкм |
|
равным: |
|
|
Рисунок 14 - Спектральная зависимость |
|
|
|
|
коэффициента материальной дисперсии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чистого кварца (сплошная кривая) и |
|
|
|
|
кварца, легированного 13,5% Германия |
|
|
|
|
(штриховая кривая) |
|
|
|
13 |
|
|
|
|
|
Рисунок 15 - Хроматическая дисперсия
(а) импульс на входе ВОЛП; (б) нормальная дисперсия; 14
(в) аномальная дисперсия; (г) область нулевой дисперсии
ВОЛНОВОДНАЯ ДИСПЕРСИЯ
Волноводная дисперсия Dw обусловлена спектральной зависимостью групповой скорости
распространения моды, вид которой определяется профилем показателя преломления оптического волокна и нормированной частотой.
•При площадь эффективного сечения пятна моды мала по сравнению с характерными размерами профиля. Область, в которой распространяется мода, далека от границ раздела и волноводной дисперсией можно пренебречь.
•При площадь эффективного сечения основной моды значительно превышает характерные размеры профиля и энергия моды сосредоточена в основном в оболочке. Как следствие, волноводной дисперсией можно пренебречь и хроматическая дисперсия определяется дисперсией материала оболочки.
Волноводную дисперсию количественно оценивают коэффициентом Dw:
где V – нормированная частота; b – нормированная постоянная распространения, которая связана с следующим выражением:
15
D, пс/(нм.км)
40
материальная Dmat
20
хроматическая Dch
0 |
|
–20 |
волноводная Dw |
|
|
–40 |
|
1,1 |
1,3 |
1,5 |
1,7 , мкм |
|
|
|
|
|
|||
Рисунок 16 - Хроматическая дисперсия |
|
Рисунок 17 - Хроматическая дисперсия |
|||
стандартного ступенчатого одномодового ОВ |
|
одномодовых оптических волокон |
|||
16
Количественно хроматическую дисперсию ОВ оценивают коэффициентом D с размерностью пс/(нм.км). Хроматическая дисперсия волокна в пикосекундах (пс) на участке протяженностью L км, равна:
где - полоса длин волн источника оптического излучения, нм.
Таблица 2
17
Для определения значений коэффициента хроматической дисперсии D стандартного ступенчатого ОВ – standard step index profile fiber (SSF) - на длине волны , лежащей в диапазоне от 1260 нм до 1675 нм, рекомендуется формула:
Для волокон со смещенной дисперсией – dispersion shift fiber (DSF),- величину D на заданной длине волны , лежащей в диапазоне от 1260 нм до 1675 нм, рекомендуется оценивать по следующей интерполяционной формуле:
Коэффициент хроматической дисперсии D( ) в на длине волны из диапазона 1< < 2 определяется значениями D( 1) и D( 2) и рассчитывается по формул:
Обычно такая методика применяется для волокон с ненулевой смещенной дисперсией – non- zero dispersion shift fiber (NZ-DSF).
18
ПОЛЯРИЗАЦИОННО-МОДОВАЯ ДИСПЕРСИЯ
ПМД возникает в одномодовых ОВ в том случае, если их форма отличается от симметричной даже на уровне производственных допусков и эксплуатационных факторов. За счет этого передаваемое оптическое излучение имеет две взаимно ортогональные поляризационные составляющие, каждая из которых имеет несколько отличные условия распространения
Величина этой дисперсионной составляющей зависит от геометрии волокна и от механических напряжений в нем.
Типичное значение этой дисперсионной составляющей не превышает
Рисунок 18 - Появление |
|
19 |
|
поляризационно-модовой дисперсии |
|||
|
|
ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ
1.Каковы причины поляризационной модовой дисперсии? Какой характер она имеет? Каковы причины возникновения потерь, зависящих от поляризации?
2.Каковы основные факторы искажении оптических сигналов при передаче по оптическим волокнам?
3.Каковы основные факторы потерь? Как выглядит спектральная характеристика затухания, чем объясняется внешний вид характеристики? Как классифицируются оптические волокна в зависимости от вида спектральной характеристики затухания?
4.Какое явление характеризует дисперсия оптического волокна? Каковы составляющие дисперсии оптических волокон?
5.Каковы причины возникновения межмодовой дисперсии? Какой параметр характеризует межмодовую дисперсию?
6.Каковы причины хроматической дисперсии? Чем обусловлена материальная дисперсия? Волноводная дисперсия?
7.Какими параметрами оценивают хроматическую дисперсию одномодовых оптических волокон? Как классифицируют оптические волокна в зависимости от их дисперсионных характеристик?
20