Зависимость между расстоянием, скоростью передачи и полосой пропускания

Дисперсия

Искажения, обусловленные дисперсией времени задержки отдельных мод, называются модовой дисперсией. Она обуславливает тот факт, что короткий световой импульс уширяется (во времени) по мере прохождения по ступенчатому световоду. Это является недостатком для оптических систем передачи информации, так как уменьшает скорость передачи и полосу пропускания.

Однако, основная мода также уширяется во времени по мере её прохождения по такому световоду. Это явление называется хроматической дисперсией. Поскольку она является свойством материала, она, как правило, имеет место в любом оптическом световоде. По сравнению с модовой дисперсией, хроматическая дисперсия в диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм относительно мала или отсутствует.

Однако, дисперсия в одномодовом волоконном световоде присутствует. Она состоит из дисперсии двух типов. С одной стороны, существует дисперсия материала, вызываемая зависимостью показателя преломления и, следовательно, скорости света от длины волны. С другой стороны, существует волноводная дисперсия, возникающая в результате зависимости распределения света фундаментальной моды LP01 по стеклу сердцевины и оболочки и, следовательно, разности показателей преломления от длины волны. Оба типа дисперсии, вместе взятые и называются хроматической дисперсией.

Присутствие эффекта дисперсии накладывает существенные ограничения на дальность, скорость передачи сигнала и полосу пропускания волокна. Например в многомодовых волокнах передачу сигналов на скорости до 100 МБит/сек возможно осуществлять на расстояние до 2-х километров. При увеличении скорости передачи сигналов на порядок, до 1000 МБит/сек максимальное расстояние резко сокращается, так для волокна 50/125 оно составляет 500 метров, а для волокна 62,5/125 оно составляет не более 220 метров. В настоящее время применение многомодовых волокон ограничено исключительно внутри объектовыми линиями связи. Этих ограничений лишены одномодовые оптические волокна на которых можно создавать протяжённые лини связи работающие на значительно больших скоростях.

Ослабление сигнала (затухание)

Свет по мере распространения в световоде затухает, т. е. теряет энергию. Эти потери при прохождении сигнала по оптическому волокну должны быть минимальными для того, чтобы можно было покрывать большие расстояния без установки ретрансляторов. Затухание обуславливается главным образом физическими процессами — поглощением и рассеянием.

Величина потерь света зависит, в числе прочих причин, от длины волны вводимого света. Необходимо измерять затухание в световоде как функцию длины волны для того, чтобы определить диапазон длин волн с малым затуханием, пригодным для оптической связи.

Существуют процессы поглощения, которые происходят только при определённых длинах волн, так называемых полосах поглощения (например ОН — поглощение при длине волны 1390 нм). Кроме этого присутствует и потеря света из-за рассеяния имеющая место при всех длинах волн. Так как рассеяние в световоде обусловливается флуктуациями плотности (неоднородностями) с размерами, которые, как правило, меньше длины волны света, для объяснения этого процесса можно с хорошим приближением использовать закон рассеяния Рэлея. Он гласит, что по мере увеличения длины волны потери из-за рассеяния убывают пропорционально длине волны в четвёртой степени.

Сравнивая потери из-за рассеяния, например, для длин волн 850 нм, 1300 нм и 1550 нм, которые важны для оптических систем связи, видно, что потери из-за рассеяния при длине волны 1300 нм составляют всего 18%, а при длине волны 1550 нм — лишь 9% от величины потерь при длине волны 850 нм. Именно поэтому эксплуатация оптико-волоконных кабелей на этих длинах волн наиболее предпочтительна.

Дата добавления: 2014-01-04