Дисперсия и пропускная способность световодов

ЛЕКЦИЯ № 7. Физические процессы в линиях связи на оптических волокнах

Вопросы:

1.Дисперсия и пропускная способность световодов;

2.Особенности передачи импульсных сигналов по оптическим

кабелям;

3.Определение длины регенерационных участков цифровых

систем передачи;

4.Типы и маркировка оптических кабелей.

Наряду с затуханием важнейшим параметром волоконно-оптических систем переедачи является полоса частот , пропускаемая световодом. Она определяет объём информации, который можно передавать по оптическому кабелю. Ограничение применительно к цифровым системам передачи обусловлено тем, что принятый импульс размывается. Это искажение прежде всего объясняется различной скоростью распространения в световоде отдельных составляющих светового импульса. Данное явление носит название дисперсии . Полоса частот связана с дисперсией соотношением . (1)

Дисперсия возникает из-за:

1.Некогерентности источника излучения; (Когерентность бывает временная и пространственная- проясняю: генерируется несколько различных типов волн и волн разных частот)

2.Сушествования большого количества мод излучения.

Дисперсия вызванная первой причиной называется хроматической (частотной) , она состоит из двух составляющих - волноводной (внутримодовой) и материальной . Волноводная дисперсия связана с зависимостью коэффициента распространения от длины волны. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны.

Дисперсия вызванная второй причиной, называется модовой (или межмодовой) дисперсией. Она обусловлена наличием различных мод, каждая из которых распространяется по своему пути, и следовательно, с различной скоростью.

Дисперсия приводит к уширению импульсов, которое характеризуется временем нарастания сигнала и определяется как разность между самым большим и самым малым временем прихода лучей в сечении световода. Результирующая дисперсия рассчитывается по формуле

. (2)

Различные виды дисперсии проявляются по разному в различных видах волоконных световодов.

В ступенчатых многомодовых волоконных световодах , поэтому уширение импульса практически определяется модовой дисперсией.

, (3)

где n₁ - показатель преломления сердцевины;

с - скорость света;

NA - апертура ОВ, равная обычно 0.14.

В реальных волоконных световодах этого типа нс/км.

Градиентные многомодовые оптические волокна с параболическим профилем показателя преломления по сечению сердцевины имеют:

- модовую дисперсию (имеет порядок 50пс/км)

; (4)

- материальную дисперсию

, (5)

где - ширина спектра излучения источника;

- удельная дисперсия материала.

На Рис. 1 представлена удельная дисперсия для кварцевого стекла.

	Рис.1. Зависимость М() для кварцевого стекла

Модовая и материальная дисперсия для градиентного многомодового волокна имеют один порядок и потому результирующая дисперсия будет

. (6)

Сравнение модовой дисперсии ступенчатого волокна и градиентного показывает, что в любом случае результирующая дисперсия градиентного волокна во много раз меньше, чем ступенчатого.

В одномодовых оптических волокнах модовая дисперсия отсутствует и её результирующее значение определяется только хроматической дисперсией. В диапазоне длин волн 1.33 - 1.6 мкм хроматическая дисперсия достигает очень небольших значений .

Сравнивая дисперсионные характеристики различных световодов, можно отметить, что лучшими характеристиками обладают одномодовые световоды. Хорошими показателями обладают градиентные световоды с параболическим изменением показателя преломления. Наиболее сильно проявляется дисперсия у многомодовых ступенчатых световодов.

Таким образом полоса пропускания для оптических кабелей с лазерными источниками составляет:

для ступенчатых световодов - 30 МГц/км;

для градиентных световодов - 100 250 МГц/км;

для одномодовых световодов - 0.5 1ГГц.

Полоса частот и дальность передачи l взаимосвязаны:

. (7)

Однако, для световодов с хорошими дисперсионными характеристиками (градиентных и одномодовых)дальность может ограничиваться затуханием.

Дата добавления: 2014-11-28