2.4. Ширина полосы пропускания

Многомодовые ОВ характеризуются таким параметром, как ширина по­лосы пропускания частот, которая определяет допустимую верхнюю частоту спектра сигнала, который может передаваться по волокну определенной длины! Часто вместо ширины полосы пропускания используют понятие коэффициента широкополосности S.

Ширина полосы пропускания ОВ определяется его структурными и фи­зическими параметрами, а также свойствами материала волокна, при этом на ширину полосы пропускания влияют и другие факторы: поляризация излучения и эффекты, связанные с взаимодействием мод.

Например, если многомодовое волокно характеризуется коэффициентом широкополосности 500 МГц∙км, то сигнал с верхней частотой 500 МГц можно передать по ОВ длиной 1 км.

При заданном коэффициенте широкополосности полоса пропускания во­локна в зависимости от его длины определяется соотношением

∆F = S / l . (2.65)

Как видно, чем длиннее ОВ, тем меньше полоса пропускания и, следователь­но, меньше объем передаваемой информации. Например, для многомодовых воло­кон с типоразмерами 50/125 нормируемые значения коэффициента широкополос­ности S = 400-1500 МГц∙км, то для ОВ длиной 10 км ∆F= 40-150 МГц∙км.

Таким образом, ширина полосы пропускания ограничивает как скорость передачи, так и расстояние, на которое может быть передан сигнал.

Ширина полосы пропускания многомодовых ОВ определяется главным образом межмодовой дисперсией, хотя в системах на светоизлучающих диодах важную роль может играть и дисперсия материала волокна.

Полоса пропускания ОВ в зависимости от дисперсии

S = 0,44 / τ . (2.66)

Основным фактором, определяющим ширину пропускания одномодовых ОВ, является хроматическая дисперсия. Полоса пропускания одномодового ОВ на длине волны минимальной хроматической дисперсии существенно зависит от ширины спектра излучения источника. Так, при спектральной ширине поло­сы излучения 5 нм максимальное значение произведения полосы пропускания на расстояние (т. е. обобщенного параметра широкополосности) превышает 200 ГГц∙км, но при этом должно быть обеспечено строгое постоянство диамет­ра сердцевины по длине волокна. Наличие незначительной эллиптичности сердцевины приводит к существенному снижению значения параметра широ­кополосности. Например, при 5%-й эллиптичности сердцевины максимальное значение параметра широкополосности уменьшается до 50 ГГц∙км.

Как указывалось выше, дисперсия материала и волноводная дисперсия, определяющие хроматическую дисперсию, в широком спектральном диапазоне почти равны, но противоположны по знаку, вследствие чего результирующая хроматическая дисперсия не превышает ±1 пс/км∙нм в области длин волн λ = 1,35-1,67 мкм. Следует отметить, что на длинах волн, где хроматическая дисперсия минимальна, ограничивать ширину полосы пропускания могут и та­кие явления, как двойное лучепреломление, связанное с эллиптичностью серд­цевины, и анизотропия, наведенная механическим напряжением.

Полоса пропускания многомодовых ОВ определяется главным образом межмодовой дисперсией, хотя в системах на светоизлучающих диодах важную роль может играть и дисперсия материала. В свою очередь, параметрами во­локна, влияющими на межмодовую дисперсию, являются величины, характери­зующие распределение показателя по сердцевине волокна (например, для гра­диентного волокна со степенным законом распределения показателя преломле­ния наиболее важными параметрами являются ∆ и q).

Малейшее отклонение профиля показателя преломления от оптимального вызывает уменьшение максимума обобщенного параметра широкополосности. Например, при отклонении q на величину ∆q = 0,05, параметр широкополосности S уменьшается почти на порядок, поэтому для достижения указанного мак­симального значения широкополосности ОВ требуется очень тщательно вы­держивать нужный профиль показателя преломления.

Приведенные рассуждения относительно полосы пропускания ОВ каса­лись случая, когда связь между модами отсутствовала, а параметр широкопо­лосности был обратно пропорционален длине. Однако смешение мод уменьша­ет разброс времен прохождения света, распределенного между различными мо­дами на входе. Иными словами, свет, введенный в определенную моду, перехо­дит в другие моды при распространении на расстояния, превышающие устано­вившуюся длину связи. Из-за смешения мод полоса пропускания ОВ становит­ся пропорциональной L^-γ. Теоретическое значение γ = 0,5, а на практике 0,5 < γ < 1. По мере установления распределения мод при их полном смешении значение у приближается к теоретическому значению γ = 0,5.