Влияние дисперсии в оптическом волокне

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Влияние дисперсии в оптическом волокне



Содержание

Введение

1. Понятие дисперсии света

2. Оптическое волокно

2.1 Геометрические параметры оптических волокон

2.2 Волокна со смещенной и несмещенной дисперсией

3. Дисперсия в оптическом волокне

3.1 Межмодовая дисперсия

3.2 Хроматическая дисперсия

3.3 Поляризационная модовая дисперсия

4. Влияние дисперсии на пропускную способность канала и ширину полосы пропускания

Заключение

Список использованных источников



Введение

В межконтинентальных линиях связи и других магистральных линиях, где требуется высокое качество передаваемой информации, применяются одномодовые оптические волокна. В оптических волокнах импульсы передаются по световодам.

В световодах при передаче импульсных сигналов после прохождения некоторого расстояния импульсы искажаются, расширяются и наступает момент, когда соседние импульсы перекрывают друг друга. Уширение импульсов обусловлено дисперсией волокон. Дисперсия является также и причиной уменьшения амплитуды импульсов. Таким образом дисперсия является одной из основных оптических характеристик волокон.

В курсе физики дисперсией называется распространение синусоидальных волн разных частот с различными фазовыми скоростями. Расширение импульсов устанавливает предельные скорости передачи информации по световоду при импульсно-кодовой модуляции и при малых потерях ограничивают длину участка регенерации. Дисперсия также ограничивает ширину полосы пропускания световода.

Целью данной работы является изучение влияние дисперсии на оптическое волокно.

Рассмотрим следующие вопросы:

1) Что такое дисперсия света?

2) Принципиальное устройство оптического волокна, его геометрические характеристики; волокна со смещенной и несмещенной дисперсией.

3) Межмодовая, хроматическая, поляризационная модовая дисперсии. дисперсия оптический волокно

4) Влияние дисперсии на пропускную способность канала и ширину полосы пропускания.



1. Понятие дисперсии света в оптике

Дисперсией света называются явления, обусловленные зависимостью показателя преломления вещества от частоты (или длины) световой волны. Эту зависимость можно охарактеризовать функцией

(1.1)

где - длина световой волны в вакууме.

Первое экспериментальное исследование дисперсии света было выполнено Ньютоном в 1672 году по способу преломления в стеклянной призме.

Рисунок 1.1 - Исследование дисперсии

Характер дисперсии становится особенно наглядным, если применить метод скрещенных призм. Первая (вспомогательная) стеклянная призма разворачивает пучок света вдоль одного направления (пунктирная полоса на рисунке 1.1, а и б). Вторая призма, изготовленная из исследуемого вещества, отклоняет каждый из лучей в другом направлении. Это отклонение определяется значением для данного вещества, так что получающаяся на экране искривленная радужная полоса наглядно передает ход показателя преломления с длиной волны .

Для всех прозрачных бесцветных веществ функция (1.1) имеет в видимой части спектра вид, показанный на рисунке 1.1, «в». С уменьшением длины волны показатель преломления увеличивается со все возрастающей скоростью, так что величина , называемая дисперсией вещества, также увеличивается по модулю с уменьшением . Такой характер дисперсии называют нормальным. Рисунок 1.1, «а» соответствует случаю нормальной дисперсии.

Зависимость n от в области нормальной дисперсии может быть представлена приближенно формулой:

, (1.2)

где a, b, c, … - постоянные, значения которых для каждого вещества определяются экспериментально. В большинстве случаев можно ограничиться двумя первыми членами формулы, полагая

. (1.3)

В этом случае дисперсия вещества изменяется по закону:

. (1.4)

Если вещество поглощает часть лучей, в области поглощения и вблизи от нее ход дисперсии обнаруживает аномалию (рисунок 1.1, б). На некотором участке более короткие волны преломляются меньше, чем более длинные. Такой ход зависимости n от называется аномальной дисперсией. [1]

В оптике понятие «дисперсия» обычно связывают с зависимостью показателя преломления от длины волны, а в оптической связи - с явлением уширения световых импульсов после их прохождения через дисперсионную среду.

Дисперсия - уширение импульсов - имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе кабеля длины L по формуле:

. (1.5)

Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/км. Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон оптического волокна, но и существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульсов. [2]



2. Оптическое волокно

Оптическое волокно представляет собой элемент, переносящий сигнал, подобный металлическому проводнику в проводе. Как правило, волокно используется в виде кабеля, то есть окружено защитной оболочкой, предохраняющей его от механических повреждений и воздействий окружающей среды. Рассмотрим принципиальное устройство волокна и его типы.

2.1 Геометрические параметры оптических волокон

Оптическое волокно представляет собой двухслойную цилиндрическую кварцевую нить, состоящую из сердцевины и оболочки. Оболочка покрыта защитным слоем из акрилатного лака. Сердцевина легирована германием, и поэтому её показатель преломления больше, чем у оболочки. Свет распространяется в сердцевине волокна, испытывая полное внутреннее отражение на границе с оболочкой. Он проникает в оболочку на глубину много меньше её толщины и, следовательно, не взаимодействует с покрытием из акрилатного лака. Это покрытие необходимо для защиты кварцевой оболочки от механических повреждений и воздействия воды.

Волокна делятся на два основных типа: многомодовые и одномодовые. Для всех типов волокон, применяемых в линиях связи, диаметр кварцевой оболочки имеет стандартный раздел 1251 мкм. Номинальный диаметр сердцевины у многомодовых волокон 50 или 62,5 мкм. Диаметр сердцевины у одномодовых волокон может меняться в зависимости от типа волокна в пределах 7 - 9 мкм (рисунок 2.1). Нормируемым параметром у одномодовых волокон является диаметр модового пятна, величина которого зависит от типа волокна и рабочей длины волны и лежит в пределах 8 - 10 мкм. Отклонение диаметра модового пятна от его средней величины в соответствии с международным стандартом не должно превышать 10%.

Рисунок 2.1 - Геометрические параметры одномодовых и многомодовых волокон

Все типы волокон, применяемых в линиях связи, по своим геометрическим параметрам настолько близки друг к другу, что при внешнем осмотре, если нет специальной маркировки, определить, какой тип это тип волокна, практически невозможно. Многомодовые волокна применяются в локальных вычислительных сетях и частично в транспортных сетях на уровне доступа.

Одномодовые волокна применяются в транспортных сетях всех трех уровней: магистральном, уровне распределения и уровне доступа. Типы одномодовых волокон отличаются друг от друга только формой профиля показателя преломления и, соответственно, дисперсионными характеристиками. Существует три основных типа одномодовых волокон: стандартные одномодовые волокна (SM), волокна со смещенной дисперсией (DS) и волокна с ненулевой смещенной дисперсией. [3]

2.2 Волокна со смещенной и несмещенной дисперсией

Начнем рассмотрение данного вопроса с волокон с несмещенной дисперсией (стандартные одномодовые волокна). Основным типом волокон, применяемых в линиях связи, являются стандартные одномодовые волокна. Для их обозначения используют несколько различных сокращений:

1) NDSF - No Dispersion Shifted Fiber (волокно с несмещенной дисперсией).

2) SF - Standart Fiber (стандартное волокно).

3) SSMF - Standart Single Mode Fiber (стандартное одномодовое волокно). Наиболее распространенное обозначение: SM - Single Mode.

Среди всех типов волокон, уложенных в наземных линиях связи, на долю SM волокон приходится почти 90%. Кроме SM волокон применяются также волокна со смещенной дисперсией (DS - Dispersion Shifted) и волокна с ненулевой смещенной дисперсией (NZDS - Non Zero Dispersion Shifted).

SM волокна имеют наиболее простую (ступенчатую) форму профиля показателя преломления, а длина волны нулевой дисперсии нм, в них попадает в один из локальных минимумов потерь. Поэтому при работе на нм они обеспечивают не только высокую скорость передачи данных, но и малые потери. Кроме того, среди всех типов одномодовых волокон SM волокна обладают наиболее совершенными геометрическими параметрами и стабильным диаметром модового пятна, что позволяет достигать минимальных потерь в сростках таких волокон (типичное значение 0,02 дБ).

Потери для лучших образцов промышленных волокон в локальном минимуме на длине волны нм составляют 0,31 - 32 дБ/км. В абсолютном минимуме потерь нм потери меньше 0,18 - 0,19 дБ/км, а коэффициент дисперсии достигает 17 - 20 пс/(нмкм).

Рассмотрим волокна со смещенной дисперсией (DS - Dispersion Shifted). В 1985 году был создан новый тип волокон, в которых длина волны нулевой дисперсии была смещена на нм - в абсолютный минимум потерь. В последние годы производство DS волокон резко уменьшилось, так как из-за большой величины перекрестных помех их применение в системах с уплотнением по длинам волн (DWDM - Dense Wavelenght Division Multiplexing) ограничено.

Волокна с ненулевой смещенной дисперсией появились на рынке в 1993 году. К тому времени стало экономически целесообразным применение DWDM систем (рисунок 2.2). В этих системах по одному волокну пропускается излучение на многих длинах волн (до 300 длин волн). Оптический усилитель усиливает излучение одновременно на всех этих длинах волн. Пропорционально числу длин волн увеличивается и пропускная способность линии связи.

Рисунок 2.2 - Принцип работы системы DWDM. 1 - мультиплексор, 2 - оптический усилитель мощности, 3 - линейные оптические усилители, 4 - оптический предусилитель, 5 - димультиплексор

С увеличением числа спектральных каналов (длин волн) в DWDM системе возрастает суммарная мощность излучения, передаваемого по волокну, и сильнее начинают проявляться нелинейные эффекты. Наиболее вредным является эффект четырехволнового смешения, так как при смешении сигналов, передаваемых на нескольких длинах волн, в волокне возникают паразитные сигналы на новых длинах волн. Некоторые из этих паразитных сигналов, передаваемых на нескольких длинах волн, в волокне возникают паразтные сигналы на новых длинах волн. Некоторые из этих паразитных сигналов попадают в спектральные каналы DWDM системы, что приводит к возникновению перекрестных помех.

Появление сигналов на новых длинах волн можно объяснить тем, что световые волны большой интенсивности создают в волокне бегущие фазовые решетки (бегущие волны показателя преломления). При взаимодействии других световых волн с этими бегущими фазовыми решетками и возникают паразитные сигналы на новых длинах волн. Эффективность этого взаимодействия быстро уменьшается с увеличением дисперсии волокна.

Так, если длина волны нулевой дисперсии волокна попадает между спектральными каналами DWDM системы, то соответствующие этим каналам световые волны распространяются в волокне с одинаковой скоростью и имеют возможность взаимодействовать достаточно длительное время. В NZDS волокнах длина волны нулевой дисперсии лежит вне полосы оптического усилителя, а в полосе оптического усилителя NZDS волокна обладают небольшой (ненулевой) дисперсией, необходимой для подавления перекрестных помех. [3]



3. Дисперсия в оптическом волокне

Дисперсия в оптическом волокне определяется тремя основными факторами: различием скоростей распространения направляемых мод, направляющими свойствами оптического волокна и параметрами материала, из которого оно изготовлено. В связи с этим основными причинами возникновения дисперсии являются, с одной стороны, большое число мод в оптическом волокне (межмодовая дисперсия), а с другой стороны - некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн (хроматическая дисперсия).

3.1 Межмодовая дисперсия

На начальном этапе развития оптического волокна наиболее ощутимой была межмодовая дисперсия.

Основной причиной возникновения межмодовой дисперсии является разность групповых скоростей для разных мод, распространяющихся в световоде (рисунок 3.1). В итоге при отправке одного импульса на приемном конце происходит наложение многих импульсов, поскольку лучи опаздывают на разное время. Опаздывание определяется временем распространения луча, прямо пропорциональным косинусу угла падения. Таким образом, минимальное время уходит на распространение лучей, которые перемещаются параллельно оси оптического волокна.

Рисунок 3.1 - Межмодовая дисперсия

Согласно геометрической интерпретации распространения оптических лучей по оптическому волокну, время распространения луча зависит от угла падения и определяется выражением

. (3.1)

Так как минимальное время распространения оптического луча имеет место при , а максимальное при ( - критический угол, при котором происходит полное внутреннее отражение), соответствующие им значения времени распространения можно записать как

. (3.2)

. (3.3)

Отсюда значение модовой дисперсии будет равно

. (3.4)

Из последнего выражения следует, что межмодовая дисперсия возрастает с увеличением длины волокна. Однако это справедливо только для идеального волокна, в котором взаимодействие между модами отсутствует. В реальных условиях дисперсия становится пропорциональной .

Влияние межмодовой дисперсии удалось устранить путем перехода с многомодовых световодов на одномодовые. Это вызывало существенное увеличение пропускной способности линий связи. Ведь за счет действия межмодовой дисперсии в оптическом волокне, длина которого составляет около 1 км, скорость передачи информации ограничивается сотнями мегабит в секунду. [4]

3.2 Хроматическая дисперсия

Хроматическая дисперсия возникает из-за того, что спектр оптического сигнала имеет конечную ширину и разные спектральные компоненты сигнала движутся в волокне с разной скоростью (рисунок 3.2).

Примерный ход запаздывания импульсов и коэффициента дисперсии от длины волны излучения показан на рисунке 3.3. Коэффициент дисперсии () рассчитывается по зависимости удельного запаздывания от длины волны излучения, где L - длина волокна.

Рисунок 3.2 - Материальная и волноводная дисперсии в одномодовом волокне

Рисунок 3.3 - Зависимость запаздывания и коэффициента дисперсии в SM волокне т длины волны

Изменение ширины импульсов (в отсутствие потерь или усиления) неизбежно сопровождается изменением их пиковой амплитуды (рисунок 3.4). При этом в первом приближении сохраняется произведение амплитуды импульса на его ширину (площадь импульса не изменяется):

. (3.5)

Рисунок 3.4 - Изменение ширины импульсов сопровождается изменением их пиковой мощности и характеризуется штрафом по мощности

Изменение пиковой амплитуды импульсов принято характеризовать величиной штрафа по мощности:

. (3.6)

Это же понятие удобно использовать и для характеристики относительной величины уширения импульсов

. (3.7)

При этом за пороговое значение штрафа по мощности часто принимают уровень q = 2 дБ, что соответствует увеличению ширины импульса примерно в 1,6 раза.

Хроматическая дисперсия представляет собой сумму материальной и волноводной дисперсий: . Пояснить это можно следующим образом. Как уже говорилось, хроматическая дисперсия возникает из-за того, что скорость распространения волны меняется при изменении длины волны. В однородной среде скорость распространения волны может изменяться только из-за зависимости показателя преломления среды от длины волны, что и приводит к появлению материальной дисперсии. В волокне волна распространяется в двух средах - частично в сердцевине, а частично - в кварцевой оболочке, и для нее показатель преломления принимает некое среднее значение между значением показателя преломления сердцевины и кварцевой оболочки (рисунок 3.5).

Этот средний показатель преломления может изменяться по двум причинам. Во-первых, из-за того, что показатели преломления сердцевины и кварцевой оболочки зависят от длины волны (примерно одинаково). Эта зависимость приводит к появлению материальной дисперсии. Материальная дисперсия является основным видом дисперсии в одномодовых системах. Величину материальной дисперсии можно найти из выражения

. (3.8)

где - удельная материальная дисперсия.

Во-вторых, потому, что при изменении длины волны, меняется глубина проникновения поля в кварцевую оболочку и, соответственно, меняется среднее значение показателя преломления (даже если значения показателей преломления сердцевины и кварцевой оболочки не меняются). Это чисто волноводный эффект, и поэтому возникающую из-за него дисперсию называют волноводной. Величину волноводной дисперсии можно найти из выражения

, (3.9)

где - удельная волноводная дисперсия.

Рисунок 3.5 - Волноводная дисперсия возникает из-за того, что усредненный по диаметру моды показатель преломления изменяется при изменении длины волны

Волноводная дисперсия зависит от формы профиля показателя преломления. В SM волокнах форма профиля показателя преломления ступенчатая с относительно большим диаметром сердцевины и малым скачком показателя преломления. В DS и NZDS волокнах длина волны нулевой дисперсии смещена по сравнению с SM волокнами в длинноволновую сторону.

Для того чтобы сместить длину волны нулевой дисперсии, необходимо уменьшить либо материальную, либо волноводную составляющую хроматической дисперсии. Сделать это можно, изменяя состав примесей, вводимых в сердцевину. Материальная дисперсия слабо зависит от состава легирующих примесей. В больших пределах меняется волноводная дисперсия (за счет изменения формы профиля показателя преломления) (рисунок 3.6). [3]

Рисунок 3.6 - Профили показателя преломления DS и NZDS волокон: а) треугольник на пьедестале, б) трезубец (или W)

3.3 Поляризационная модовая дисперсия

Перейдем к рассмотрению поляризационной модовой дисперсии. Свет, распространяющийся в номинально одномодовом волокне, можно представить в виде суммы двух поляризационных мод. Каждая поляризационная мода распространяется параллельно оси волокна со своим значением фазовой и групповой скорости. Фазовый фронт у мод плоский, а нормаль к плоскости фазового фронта параллельна оси волокна. Пространственное распределение полей у поляризационных мод волокна одинаковое, и отличаются они только тем, что поляризованы ортогонально.

Все происходит точно так же, как и в случае распространения плоской волны в свободном пространстве. Хорошо известно, что плоскую волну всегда можно представить в виде двух ортогонально поляризованных плоских волн. Как и у плоских волн, у поляризационных мод состояние поляризации может быть также любым, однако обычно используют линейно поляризованные моды . Делается это исключительно для удобства, так как в волнах, как правило, преобладает линейное двулучепреломление (рисунок 3.7).

Показатель преломления у телекоммуникационных волокон хоть и слабо, но зависит от состояния поляризации света, т.е. эти волокна обладают двулучепреломлением, причем в основном линейным. Оно наводится в номинально круглом волокне при его изготовлении из-за неизбежного появления небольшой эллиптичности сердцевины и внутренних напряжений, не обладающих аксиальной симметрией (рисунок 3.8). Так как наведенные в волокне натяжения не имеют выделенного направления, величина и азимут линейного двулучепреломления изменяется случайным образом вдоль оси волокна.

Рисунок 3.7 - Распределение интенсивности и направление электрического поля Е в поляризационных модах волокна (w - диаметр моды, 2а - диаметр сердцевины)

Рисунок 3.8 - Причины возникновения двулучепреломления в оптических волокнах

Хотя поляризационная анизотропия распределена по длине волокна нерегулярно, однако участок волокна менее длины корреляции нерегулярностей двулучепреломления можно рассматривать как однородный. На этом участке волокно обладает примерно постоянным по величине линейным двулучепреломлением. В нем можно возбудить быструю и медленную поляризационные моды, которые будут распространяться вдоль волокна, не обмениваясь при этом мощностью. Фазовые скорости этих поляризационных мод обратно пропорциональны величине показателей преломления:

, (3.10)

. (3.11)

А разность их фазовых набегов прямо пропорциональна разности показателей преломления () и длине участка волны L:

. (3.12)

Если возбудить одновременно обе поляризационные моды, то состояние света будет периодически изменяться вдоль волокна с периодом, равным длине биений (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 - Двулучепреломление волокна приводит к периодическому изменению состояния поляризации света от линейного к эллиптическому, круговому, эллиптическому, линейному и т.д.

Длина биений находится из условия, что разность фазовых набегов поляризационных мод равна и выражается через разность показателей преломления:

. (3.13)

Двулучепреломление приводит не только к появлению разности фазовых запаздываний поляризационных мод, но и к появлению у них разности групповых запаздываний (DGD - Differential Group Delay) и, соответственно, к уширению импульсов (рисунок 3.10):

, (3.14)

где - разности групповых запаздываний поляризационных мод на единице длины волокна. Так как в первом приближении фазовые и групповые скорости поляризационных мод примерно равны друг другу, то с помощью (3.4) и (3.5) находим:

. (3.15)

Рисунок 3.10 - Уширение импульсов в волокне с двулучепреломлением

В волокнах с постоянным по длине волокна двулучепреломлением можно избежать уширения импульса из-за DGD. Для этого достаточно, чтобы направление поляризации совпало с направлением оси двулучепреломления волокна. Тогда в волокне возбудится только одна поляризационная мода, и импульс расширяться из-за двулучепреломления волокна не будет. Однако длина волокна обычно значительно превышает длину корреляции его неоднородностей. В таком волокне неизбежно возбуждается и вторая поляризационная мода, что и приводит к уширению импульсов.

На начальном участке волокна длиной менее длины корреляции нерегулярностей двулучепреломления еще можно в принципе возбудить только одну поляризационную моду. Как уже говорилось, для этого достаточно, чтобы на входе в этот участок свет был поляризован параллельно оси двулучепреломления волокна. Однако на следующем участке волокна оси двулучепреломления будут повернуты под другим углом, поэтому в нем возбудится также и вторая поляризационная мода, а импульс расщепится.

Импульсы будут расщепляться на каждом участке волокна, где достаточно сильно меняется направление оси двулучепреломления. В реальном телекоммуникационном волокне связь распределена случайным образом вдоль волокна, так что импульс при прохождении через волокно будет постепенно расширяться. Выглядеть он будет примерно так же, как и импульс, уширенный из-за хроматической дисперсии.

Схема, поясняющая механизм расщепления импульсов в длинном волокне, изображена на рисунке 3.11. На вход волокна поступает короткий импульс (1) и возбуждает обе поляризационные моды. На первом участке волокна он расщепляется на два импульса (2). Расстояние между этими импульсами увеличивается прямо пропорционально длине первого участка волокна (3). Во втором участке волокна каждый из этих двух импульсов расщепляется еще на два импульса (4). После прохождения второго участка волокна исходный импульс оказывается расщепленным на четыре импульса (5).

Рисунок 3.11 - Уширение импульсов из-за ПМД в телекоммуникационных волокнах

В этой модели телекоммуникационное волокно представлено в виде двух, соединенных последовательно участков волокон с линейным двулучепреломлением. Оси двулучепреломления этих участков волокон развернуты друг относительно друга. Угол разворота осей характеризует величину коэффициента связи между поляризационными модами волокна.

Случайная связь между поляризационными модами волокна может приводить как к увеличению, так и к уменьшению DGD (разности групповых запаздываний поляризационных мод). Поэтому в длинном волокне среднее значение DGD () увеличивается не прямо пропорционально длине волокна, как в (3.14), а прямо пропорционально квадратному корню из длины волокна.

. (3.16)

Коэффициент поляризационной модовой дисперсии - PMD выражается (с точностью до коэффициента порядка единицы) через и длину корреляции нерегулярностей соотношением

. (3.17)

Оценим допустимую величину уширения импульсов из-за поляризационной модовой дисперсии. Конечная ширина импульса представляет собой сумму квадратов начальной ширины импульса и среднего значения DGD :

. (3.18)

Учитывая случайную природу поляризационной дисперсии, обычно накладывают условие, чтобы вклад от среднего значения DGD был настолько мал, чтобы им можно было пренебречь.

Поляризационная дисперсия является линейным эффектом и в принципе может быть скомпенсирована. Однако, так как флуктуации двулучепреломления в волокне, возникают под действием факторов окружающей среды, то ее трудно измерить и скомпенсировать. [3]



4. Влияние дисперсии на пропускную способность канала и ширину полосы пропускания

Дисперсия, будь то хроматическая, межмодовая или поляризационная модовая, отрицательно влияет на пропускную способность канала. Дело в том, что современные оптоволоконные технологии используют цифровой способ передачи информации. Световой сигнал поступает импульсами. Чем сильнее размыт по времени импульс на выходе (эффект дисперсии), тем большие требуются интервалы между передаваемыми сигналами, что и ограничивает в свою очередь пропускную способность канала. Поэтому необходимо снижать величины дисперсий, тем самым увеличивая возможное количество информационных сигналов за единицу времени.

Многие производители волокна и оптического кабеля не специфицируют дисперсию в многомодовых изделиях. Вместо этого они указывают произведение ширины полосы пропускания на длину, или просто полосу пропускания, выраженную в мегагерцах-километрах. Полоса пропускания в 400 МГц-км означает возможность передачи сигнала в полосе 400 МГц на расстояние 1 км. Это также означает, что произведение максимальной частоты сигнала на длину передачи может быть меньше или равно 400. Другими словами, можно передавать сигнал более низкой частоты на большее расстояние или более высокой частоты на меньшее расстояние, как показано на рисунке 4.1

В одномодовых волокнах спецификация дисперсии необходима. В этом случае дисперсия выражается в пикосекундах на километр и на нанометр спектральной ширины источника (пс/км/нм). Иначе говоря, для заданного одномодового волокна дисперсия в основном определяется спектральной шириной источника: чем шире полоса излучения источника, тем больше дисперсия.

Рисунок 4.1 - Зависимость дистанции передачи от ширины полосы пропускания для 400 МГц-км волокна

Выражение полосы пропускания через одномодовую дисперсию является сложным, его приблизительная оценка может быть получена на основе следующего уравнения:

, (4.1)

где - дисперсия на рабочей длине волны в пикосекундах на нанометр и на километр,

SW - ширина спектра источника в нм,

L - длина волокна в км.

Увеличение полосы излучения источника существенно уменьшает полосу пропускания. Таким образом, спектральная ширина источника оказывает заметное влияние на качество одномодовых систем. [5]



Заключение

В данной работе было рассмотрено влияние дисперсии в оптическом волокне. Можно сделать вывод, что дисперсия накладывает ограничения на дальность передачи и верхнюю частоту передаваемых сигналов в оптическом волокне. Вследствие дисперсии происходит искажение формы светового сигнала в виде расширения импульса, размывания фронта этого импульса.

Дисперсия в оптическом волокне определяется тремя основными факторами: различием скоростей распространения направляемых мод, направляющими свойствами оптического волокна и параметрами материала, из которого оно изготовлено. В связи с этим основными причинами возникновения дисперсии являются большое число мод в многомодовом оптическом волокне (межмодовая дисперсия), в одномодовом волокне - некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн (хроматическая дисперсия).

Дисперсия, будь то хроматическая, межмодовая или поляризационная модовая, отрицательно влияет на пропускную способность канала.

В данной работе были рассмотрены следующие вопросы:

1) Понятие дисперсии,

2) Принципиальное устройство оптического волокна, его геометрические характеристики; волокна со смещенной и несмещенной дисперсией,

3) Межмодовая, хроматическая и поляризационная модовая дисперсии,

4) Влияние дисперсии на пропускную способность канала и ширину полосы пропускания канала.



Список использованных источников

1. Савельев, И. В. Курс общей физики, том 3. - М.: Наука, 1970. - 112 с.

2. Убайдуллаев, Р. Р. Волоконно - оптические сети. - М.: Эко-Трендз, 2001. - 267 с.

3. Листвин, А. В. Оптические волокна для линий связи / А. В. Листвин, В. Н. Листвин, Д. В. Швырков. - М.: ЛЕСАРарт, 2003. - 288 с.

4. Каток, В. Дисперсия в световодах / В. Каток, А. Ковтун // Сети и телекоммуникации. 2006. № 4. С 78 - 84.

5. Стерлинг, Дональд Дж. Техническое руководство по волоконной оптике. - М.: ЛОРИ, 1998. - 279 с.

Размещено на Allbest.ru

...