Дисперсія

До цього ми розглядали ОВ досить великого діаметру (50 мкм) зі східчастою зміною показника заломлення (див.рис.1.3). Діаметр такого волокна на порядок більший ніж довжина хвилі світлового променю. Через це у світловоді поширюється декілька світлових променів – мод (див.рис.1.2) у всіх трьох вікнах прозорості. В результаті цього світлові промені проходять зі входу на вихід різними шляхами, втрачаючи на це різний час – одні промені, які ідуть по короткому шляху приходять раніше, інші, які ідуть по довшому шляху – пізніше і

Рисунок 1.5 - Ілюстрація втрат в оптичному волокні

Таким чином втрати (загасання) можна класифікувати так, як це показано на рис 1.6.

Рисунок 1.6 - Основні типи втрат (загасання) в оптичному волокні

більше загаснуть. Це приводить до того, що прямокутний імпульс світла, яким передається інформація в цифрових системах (рис.1.7а), розмивається і розширюється (рис.1.7б). Це явище носить назву дисперсії.

Вхід Вихід

Рисунок 1.7 - Розширення прямокутного імпульсу, викликаного дисперсією

У узагальненому вигляді дисперсія визначається як квадратична різниця тривалостей імпульсів на виході та вході ОВ, яке має довжину L

Дисперсія звичайно нормується в розрахунку на 1 км довжини і вимірюється в пс/км.

Поява дисперсії викликана більшими чинниками, ніж ті що вказані вище. Класифікація видів дисперсії ілюструється рис 1.8.

Рисунок 1.8 - Класифікація дисперсії в оптичному волокні

Міжмодова дисперсія виникає лише в ОВ, в якому поширюється декілька мод (променів) (так зване багатомодове ОВ), виникає через різницю шляхів, які проходять різні моди при їх проходженні через ОВ.

Для східчастого ОВ, профіль показника заломлення якого показаний на рис. 1.3б міжмодову дисперсію можно визначити по формулі

(1.11)

де: n₁ – коефіцієнт заломлення серцевини ОВ,

D- відносний коефіцієнт заломлення ОВ

n₂ – коефіцієнт заломлення оболонки

с – швидкість світла

L – протяжність лінії

Формула (1.11) справедлива лише для ідеального ОВ, в якому відсутній обмін енергією між модами. В реальних ОВ наявність неоднорідностей приводить до переходу енергії від одних мод до інших. Однак після визначеної довжини проходження світла в ОВ наступає усталений зв’язок мод. Довжина шляху, після проходження якого наступає усталений режим зв’язку мод носить назву довжини усталеного зв’язку мод L_У. При довжинах більших ніж L_У міжмодову дисперсію необхідно визначити за формулою:

(1.12)

На практиці при описі багатомодових ОВ користуються терміном “смуга пропускання” яка пов’язана з міжмодовою дисперсією таким співвідношенням:

, (1.13)

де: П – смуга пропускання (мГц×км)

t_мм – міжмодова дисперсія (пс/км)

Смуга пропускання П – це максимальна частота модуляції сигналу що передається при довжині лінії 1 км.

Хроматична (частотна) дисперсія складається з хвилеводної і матеріальної. Хроматична дисперсія присутня як в багатомодовому, так і в одномодовому ОВ, однак найбільш вона проявляється в одномодовому ОВ через відсутність в ньому міжмодової дисперсії.

Матеріальна дисперсія обумовлена спектральною залежністю коефіцієнта заломлення і визначається формулою:

(1.14)

де: Dl - розширення довжини хвилі через некогерентність джерела випромінювання;

- питома матеріальна дисперсія.

Хвилеводна дисперсія обумовлена спектральною залежністю коефіцієнту розповсюдження

, (1.15)

де: - питома хвилеводна дисперсія.

Результуюче значення питомої хроматичної дисперсії D(l) визначається як сума питомих складових.

, (1.16)

Питома дисперсія має розмірність пс/(нм×км).

Хвилеводна дисперсія завжди більше 0. Матеріальна дисперсія може бути як більше, так і менше 0. Підбираючи особливим чином профіль показника заломлення можна повністю, або частково компенсувати хвилеводну дисперсію за рахунок матеріально і зробити хроматичну дисперсію або рівною, або близькою до 0 хоча б в якійсь смузі частот.

Поляризаційна дисперсія виникає в наслідок затримки ортогонально поляризованих світлових хвиль. Поляризаційна дисперсія проявляє себе виключно в одномодових ОВ з нециркулярною серцевиною і за деяких умов може стати спільномірною з хроматичною дисперсією, але в більшості випадків вона має мале значення і в розрахунках не використовується.

Поиск по сайту: