Uz koeficijent prigušenja OF-a, najvažniji parametar je disperzija, koja određuje njegovu propusnost za prijenos informacija.

disperzija - ovo je raspršenje u vremenu spektralne i modne komponente optičkog optičkog signala, što dovodi do povećanja trajanja pulsa optičkog zračenja kada se širi duž OF.

Proširenje impulsa definira se kao kvadratna razlika između trajanja impulsa na izlazu i ulazu optičkog vlakna pomoću formule:

štoviše, vrijednosti i uzimaju se na razini polovice amplitude impulsa (slika 2.8).

Slika 2.8

Slika 2.8 - Širenje impulsa zbog disperzije

Disperzija nastaje iz dva razloga: nekoherentnosti izvora zračenja i postojanja velikog broja modova. Disperzija uzrokovana prvim uzrokom naziva se kromatskom (frekvencijom) , sastoji se od dvije komponente – materijalne i valovodne (intramodne) disperzije. Disperzija materijala je posljedica ovisnosti indeksa loma o valnoj duljini, disperzija valovoda povezana je s ovisnošću koeficijenta širenja o valnoj duljini.

Disperzija uzrokovana drugim uzrokom naziva se modalna (intermodna).

Modalna disperzija karakteristično je samo za višemodna vlakna i nastaje zbog razlike u vremenu koje je potrebno modovima da putuju kroz optičko vlakno od njegovog ulaza do izlaza. NA OF sa stepenastim profilom indeksa loma brzina širenja Elektromagnetski valovi pri čemu je valna duljina ista i jednaka: , gdje je C brzina svjetlosti. U ovom slučaju, sve zrake koje padaju na kraj vlakna pod kutom prema osi unutar kuta otvora šire se u jezgri vlakna duž svojih cik-cak linija i, pri istoj brzini širenja, stižu do primajućeg kraja na drugačije vrijeme, što dovodi do povećanja trajanja primljenog pulsa. Budući da se minimalno vrijeme širenja optičke zrake događa kada upadne zraka , a maksimalno kada , tada možemo napisati:

gdje je L duljina vlakna;

Indeks loma jezgre vlakna;

C je brzina svjetlosti u vakuumu.

Tada je vrijednost intermodne disperzije jednaka:

Modna disperzija gradijentnih OF-ova red veličine ili više niži od stupnjevitih vlakana. To je zbog činjenice da se zbog smanjenja indeksa loma od osi OF do ljuske mijenja brzina širenja zraka duž njihove putanje. Dakle, na putanjama blizu osi je manje, a više udaljeno. Zrake koje se šire duž najkraćih putanja (bliže osi) imaju manju brzinu, a zrake koje se šire duž dužih putanja imaju veću brzinu. Kao rezultat toga, vrijeme širenja zraka je izjednačeno, a povećanje trajanja impulsa postaje manje. S paraboličnim profilom indeksa loma, kada je eksponent profila q=2, modalna disperzija je dana sa:

Modalna disperzija gradijenta OF je nekoliko puta manja od one stepenastog za iste vrijednosti . A budući da se obično, modalna disperzija navedenih optičkih vlakana može razlikovati za dva reda veličine.

Pri proračunu modalne disperzije treba imati na umu da do određene duljine linije, koja se naziva duljina sprezanja modova, nema međumodnog sprezanja, a zatim pri , dolazi do procesa međusobne pretvorbe modova i dolazi do stacionarnog stanja. Dakle, pri , disperzija raste prema linearnom zakonu, a zatim, pri - prema kvadratnom zakonu.

Dakle, gornje formule vrijede samo za duljinu . Za duljine linija treba koristiti sljedeće formule:

- za stepenasti svjetlovod

- za gradijentni svjetlovod,

gdje je duljina linije;

Duljina sprezanja modova (stacionarno stanje) jednaka je km za stepenasto vlakno i km za gradijentno (utvrđeno empirijski).

Raspršenost materijala ovisi o frekvenciji (ili o valnoj duljini ) i materijalu OF, koji se, u pravilu, koristi kvarcno staklo. Disperzija je određena elektromagnetskom interakcijom vala s vezanim elektronima materijala medija, koja je u pravilu nelinearne (rezonantne) prirode.

Pojava disperzije u materijalu svjetlovoda, čak i kod monomodnih vlakana, posljedica je činjenice da optički izvor koji pobuđuje vlakno (dioda koja emitira svjetlost - LED ili PPL poluvodički laser) stvara svjetlosno zračenje koje ima kontinuirani val spektra određene širine (za LED je oko nm, za multimodne PPL - nm , za single-modne laserske diode nm). Različite spektralne komponente svjetlosnog zračenja šire se različitim brzinama i stižu do određene točke u različito vrijeme, što dovodi do širenja impulsa na prijemnom kraju i, pod određenim uvjetima, do izobličenja njegovog oblika. Indeks loma varira s valnom duljinom (frekvencijom), pri čemu razina disperzije ovisi o rasponu valnih duljina svjetlosti ubrizgane u vlakno (obično izvor emitira više valnih duljina), kao io središnjoj radnoj valnoj duljini izvora. U području I prozora prozirnosti, duže valne duljine (850 nm) kreću se brže u usporedbi s kraćim valnim duljinama (845 nm). U području III prozora prozirnosti situacija se mijenja: kraći (1550 nm) kreću se brže od duljih (1560 nm). Slika 2.9

Slika 2.9 - Brzine širenja valnih duljina

Duljina strelica odgovara brzini valnih duljina, duža strelica odgovara bržem kretanju.

U nekoj točki spektra, brzine se poklapaju. Ova podudarnost u čistom kvarcnom staklu događa se na valnoj duljini od nm, koja se naziva valna duljina nulte disperzije materijala, jer . Na valnoj duljini ispod valne duljine nulte disperzije, parametar ima pozitivnu vrijednost, inače je negativan. Slika 2.10

Disperzija materijala može se odrediti preko specifične disperzije izrazom:

.

Vrijednost specifične disperzije, , određena je eksperimentalno. S različitim sastavima dopanata u OF, ima različite vrijednosti ovisno o (Tablica 2.3).

Tablica 2.3 - Tipične vrijednosti specifične disperzije materijala

Valovodna (intramodna) disperzija – ovaj izraz označava ovisnost kašnjenja svjetlosnog impulsa o valnoj duljini, povezanu s promjenom brzine njegovog širenja u vlaknu zbog valovodne prirode širenja. Proširenje impulsa zbog disperzije valovoda slično je proporcionalno širini spektra zračenja izvora i definirano je kao:

,

gdje je specifična disperzija valovoda, čija je vrijednost prikazana u tablici 2.4:

Tablica 2.4

– zbog diferencijalnog grupnog kašnjenja između zraka s osnovnim polarizacijskim stanjima. Raspodjela energije signala u različitim polarizacijskim stanjima polagano se mijenja s vremenom, na primjer, zbog promjena temperature okoliš, anizotropija indeksa loma uzrokovana mehaničkim silama.

U jednomodnom vlaknu ne širi se jedan mod, kao što se obično vjeruje, već dvije okomite polarizacije (moda) izvornog signala. U idealnom vlaknu, ti modovi bi se širili istom brzinom, ali stvarna vlakna nemaju idealnu geometriju. Glavni uzrok PMD-a je nekoncentričnost profila jezgre vlakna, koja se javlja tijekom procesa proizvodnje vlakana i kabela. Kao rezultat toga, dvije komponente okomite polarizacije imaju različite brzine širenja, što dovodi do disperzije (slika 2.11).

Slika 2.11

Koeficijent specifične disperzije polarizacijskog moda normaliziran je na 1 km i ima dimenziju . Vrijednost disperzije polarizacijskog moda izračunava se formulom:

Zbog svoje male vrijednosti, mora se uzeti u obzir isključivo u jednomodnom vlaknu, štoviše, kada se koristi prijenos signala velike brzine (2,5 Gbit / s i više) s vrlo uskim spektralnim emisionim pojasom od 0,1 nm ili manje. U tom slučaju, kromatska disperzija postaje usporediva s disperzijom polarizacijskog moda.

Specifični PMD koeficijent tipičnog vlakna je, u pravilu, .

Svjetlovodne komunikacijske linije (FOCL) već dugo zauzimaju jedno od vodećih mjesta na tržištu telekomunikacija. S nizom prednosti u odnosu na druge načine prijenosa informacija (upletena parica, koaksijalni kabel, bežična komunikacija...), FOCL-ovi imaju široku primjenu u telekomunikacijskim mrežama. različite razine, kao i u industriji, energetici, medicini, sigurnosnim sustavima, računalnim sustavima visokih performansi i mnogim drugim područjima.

Prijenos informacija u FOCL-u provodi se putem optičkog vlakna (optičko vlakno). Da bi se kompetentno pristupilo pitanju korištenja FOCL-a, važno je dobro razumjeti što je optičko vlakno kao medij za prijenos podataka, koja su njegova glavna svojstva i karakteristike, koje su vrste optičkih vlakana. Upravo je ovim temeljnim pitanjima teorije optičkih komunikacija posvećen ovaj članak.

Struktura optičkog vlakna

optičko vlakno(optičko vlakno) je valovod s kružnim poprečnim presjekom vrlo malog promjera (usporedivog s debljinom ljudska kosa), kroz koje se prenosi elektromagnetsko zračenje optičkog raspona. Valne duljine optičkog zračenja zauzimaju područje elektromagnetskog spektra od 100 nm do 1 mm, no FOCL obično koristi blisko infracrveno (IR) područje (760-1600 nm), a rjeđe vidljivo (380-760 nm). Optičko vlakno sastoji se od jezgre (jezgre) i optičkog omotača od materijala koji su prozirni za optičko zračenje (slika 1).

Riža. 1. Konstrukcija optičkog vlakna

Zbog tog fenomena svjetlo se širi kroz optičko vlakno totalna unutarnja refleksija. Indeks loma jezgre, tipično između 1,4 i 1,5, uvijek je malo veći od indeksa loma optičke ovojnice (razlika reda veličine 1%). Stoga, svjetlosni valovi koji se šire u jezgri pod kutom koji ne prelazi određenu kritičnu vrijednost podliježu potpunoj unutarnjoj refleksiji od optičke obloge (slika 2). To slijedi iz Snellova zakona refrakcije. Putem višestrukih ponovnih refleksija od obloge, ti se valovi šire duž optičkog vlakna.

Riža. 2. Potpuna unutarnja refleksija u optičkom vlaknu

Na prvim metrima optičke komunikacijske linije dio svjetlosnih valova se međusobno poništava zbog pojave interferencije. svjetlosni valovi, koji se nastavljaju širiti u vlaknu na znatnim udaljenostima, nazivaju se prostornim modovi optičko zračenje. Koncept moda je matematički opisan korištenjem Maxwellovih jednadžbi za elektromagnetske valove; međutim, u slučaju optičkog zračenja, modovi se prikladno shvaćaju kao putanje širenja dopuštenih svjetlosnih valova (označenih crnim linijama na slici 2). Koncept moda je jedan od glavnih u teoriji optičke komunikacije.

Glavne karakteristike optičkog vlakna

Sposobnost optičkog vlakna da odašilje informacijski signal opisuje se nizom geometrijskih i optičkih parametara i karakteristika, od kojih su najvažniji prigušenje i disperzija.

1. Geometrijski parametri.

Osim omjera promjera jezgre i ljuske, veliki značaj za proces prijenosa signala imaju i druge geometrijske parametre optičkog vlakna, npr.

• izvan-okruglost (eliptičnost) jezgre i ljuske, definirana kao razlika između najvećeg i najmanjeg promjera jezgre (ljuske), podijeljena s nazivnim polumjerom, izražena kao postotak;
• nekoncentričnost jezgre i ljuske - razmak između središta jezgre i ljuske (slika 3).

Slika 3. Neokruglost i nekoncentričnost jezgre i ljuske

Geometrijski parametri su standardizirani za različiti tipovi optičko vlakno. Zahvaljujući poboljšanju proizvodne tehnologije, vrijednosti neokruglosti i nekoncentričnosti mogu se minimizirati, tako da je učinak netočnosti geometrije vlakna na njegova optička svojstva zanemariv.

(NA) je sinus maksimalnog kuta upada svjetlosne zrake na kraj vlakna, pri kojem je zadovoljen uvjet potpune unutarnje refleksije (slika 4). Ovaj parametar određuje broj modova koji se šire u optičkom vlaknu. Također, vrijednost numeričke aperture utječe na točnost s kojom se optička vlakna moraju spajati jedna s drugom i s drugim komponentama linije.

Slika 4. Numerička apertura

3. Profil indeksa loma.

Profil indeksa loma je ovisnost indeksa loma jezgre o njezinom poprečnom radijusu. Ako indeks loma ostaje isti u svim točkama presjeka jezgre, takav se profil naziva zakoračili . Među ostalim profilima, najrašireniji gradijent profil, u kojem se indeks loma glatko povećava od ljuske prema osi (slika 5). Osim ova dva glavna, postoje i složeniji profili.

Riža. 5. Profili indeksa loma

4. Prigušenje (gubici).

prigušenje - je smanjenje snage optičkog zračenja dok se širi kroz optičko vlakno (mjereno u dB/km). Do slabljenja dolazi zbog različitih fizičkih procesa koji se odvijaju u materijalu od kojeg je optičko vlakno izrađeno. Glavni mehanizmi za nastanak gubitaka u optičkom vlaknu su apsorpcija i raspršenje.

a) Apsorpcija . Kao rezultat međudjelovanja optičkog zračenja s česticama (atomima, ionima...) materijala jezgre, dio optičke snage se oslobađa u obliku topline. razlikovati vlastito preuzimanje povezan sa svojstvima samog materijala, i upijanje nečistoća , koji nastaje interakcijom svjetlosnog vala s različitim inkluzijama sadržanim u materijalu jezgre (hidroksilne skupine OH - , metalni ioni ...).

b) Raspršivanje svjetlosti, odnosno odstupanje od izvorne putanje širenja, javlja se pri različitim nehomogenostima indeksa loma, čije su geometrijske dimenzije manje ili usporedive s valnom duljinom zračenja. Takve nehomogenosti posljedica su i prisutnosti nedostataka u strukturi vlakana ( Mie razbacivanje ), te svojstva amorfne (nekristalne) tvari od koje je vlakno napravljeno ( Rayleighovo raspršenje ). Rayleighovo raspršenje temeljno je svojstvo materijala i određuje donju granicu prigušenja optičkog vlakna. Postoje i druge vrste raspršivanja ( Brillouin-Mandelstam, Ramana), koji se pojavljuju pri razinama snage zračenja višim od onih koji se obično koriste u telekomunikacijama.

Koeficijent prigušenja ima složenu ovisnost o valnoj duljini zračenja. Primjer takve spektralne ovisnosti prikazan je na sl. 6. Područje valnih duljina s malim slabljenjem naziva se prozirni prozor optičko vlakno. Takvih prozora može biti nekoliko, a na tim se valnim duljinama informacijski signal obično prenosi.

Riža. 6. Spektralna ovisnost koeficijenta prigušenja

Gubitak snage u vlaknu također je uzrokovan različitim vanjskim čimbenicima. Dakle, mehanički utjecaji (savijanja, napetosti, poprečna opterećenja) mogu dovesti do kršenja uvjeta potpune unutarnje refleksije na sučelju između jezgre i ovojnice i izlaska dijela zračenja iz jezgre. Uvjeti okoline (temperatura, vlaga, pozadina zračenja…) imaju određeni utjecaj na vrijednost prigušenja.

Budući da prijamnik optičkog zračenja ima određeni prag osjetljivosti (minimalna snaga koju signal mora imati da bi ispravno primio podatke), atenuacija služi kao ograničavajući faktor za domet prijenosa informacija preko optičkog vlakna.

5. Svojstva disperzije.

Osim udaljenosti na koju se zračenje prenosi optičkim vlaknom, važan parametar je brzina prijenosa informacija. Šireći se duž vlakna, optički impulsi se šire u vremenu. Uz visoku stopu ponavljanja impulsa na određenoj udaljenosti od izvora zračenja, može doći do situacije kada se impulsi počnu vremenski preklapati (to jest, sljedeći će impuls stići na izlaz optičkog vlakna prije nego što prethodni završi). Ova pojava se naziva intersimbolna interferencija (eng. ISI - InterSymbol Interference, vidi sl. 7). Prijemnik će obraditi primljeni signal s pogreškama.

Riža. 7. Preklapanje impulsa koje uzrokuje međusimbolsku interferenciju: a) ulazni signal; b) signal koji je prešao neku udaljenostL1 preko optičkog vlakna; c) signal koji je prešao udaljenostL2>L1.

Proširenje pulsa, ili disperzija , određena je ovisnošću fazne brzine širenja svjetlosti o valnoj duljini zračenja, kao i drugim mehanizmima (tablica 1).

Tablica 1. Vrste disperzije u optičkom vlaknu.

Ime	Kratki opis	Parametar
1. Kromatska disperzija	Svaki izvor ne emitira jednu valnu duljinu, već spektar malo različitih valnih duljina koje se šire različitim brzinama.	Koeficijent kromatske disperzije, ps/(nm*km). Može biti pozitivna (spektralne komponente s većim valnim duljinama kreću se brže) i negativna (obrnuto). Postoji valna duljina nulte disperzije.
a) Kromatska disperzija materijala	Povezano sa svojstvima materijala (ovisnost indeksa loma o valnoj duljini zračenja)
b) Kromatska disperzija valovoda	Povezano s prisutnošću strukture valovoda (profil indeksa loma)
2. Intermodna disperzija	Modovi se šire različitim putanjama, tako da postoji kašnjenje u njihovom vremenu širenja.	Širina pojasa ( širina pojasa), MHz*km. Ova vrijednost određuje maksimalnu brzinu ponavljanja impulsa pri kojoj ne dolazi do međusimbolske smetnje (signal se prenosi bez značajnih izobličenja). Kapacitet kanala (Mbit/s) može se brojčano razlikovati od propusnosti (MHz*km) ovisno o metodi kodiranja informacija.
3. Disperzija polarizacijskog moda, PMD	Mod ima dvije međusobno okomite komponente (polarizacijski modovi) koje se mogu širiti različitim brzinama.	Koeficijent PMD, ps/√km. Vremensko kašnjenje zbog PMD-a, ocijenjeno po 1 km.

Dakle, disperzija u optičkom vlaknu nepovoljno utječe i na domet i na brzinu prijenosa informacija.

Vrste i podjela optičkih vlakana

Razmatrana svojstva zajednička su svim optičkim vlaknima. Međutim, opisani parametri i karakteristike mogu se značajno razlikovati i imati drugačiji utjecaj o procesu prijenosa informacija, ovisno o karakteristikama proizvodnje optičkih vlakana.

Temeljna je podjela optičkih vlakana prema sljedećim kriterijima.

1. Materijal . Glavni materijal za izradu jezgre i obloge optičkog vlakna je kvarcno staklo različitih sastava. Međutim, koristi se veliki broj drugih transparentnih materijala, posebno polimernih spojeva.
2. Broj načina širenja . Ovisno o geometrijskim dimenzijama jezgre i ovojnice te vrijednosti indeksa loma u optičkom vlaknu, može se širiti samo jedan (glavni) ili veliki broj prostornih modova. Stoga se sva optička vlakna dijele u dvije velike klase: jednomodna i višemodna (slika 8).

Riža. 8. Višemodno i jednomodno vlakno

Na temelju ovih čimbenika mogu se razlikovati četiri glavne klase optičkih vlakana koja su postala široko rasprostranjena u telekomunikacijama:

1. (POF).
2. (HCS).

Svaka od ovih klasa posvećena je zasebnom članku na našoj web stranici. Svaka od ovih klasa također ima svoju klasifikaciju.

Proizvodnja optičkih vlakana

Proces proizvodnje optičkih vlakana iznimno je složen i zahtijeva veliku preciznost. Tehnološki proces odvija se u dvije faze: 1) izrada uzorka, koji je šipka od odabranog materijala s formiranim profilom indeksa loma, i 2) izvlačenje vlakna u tornju za izvlačenje, popraćeno presvlačenjem zaštitni omotač. Postoji velik broj različitih tehnologija za izradu predforme optičkog vlakna, čiji je razvoj i usavršavanje u tijeku.

Praktična uporaba optičkog vlakna kao medija za prijenos informacija nemoguća je bez dodatnog očvršćivanja i zaštite. optički kabel je dizajn koji uključuje jedno ili više optičkih vlakana, kao i različite zaštitne premaze, nosive elemente i elemente za ojačanje, materijale otporne na vlagu. Zbog velika raznolikost Primjene optičkih vlakana Proizvođači proizvode veliki izbor optičkih kabela koji se razlikuju po dizajnu, veličini, korištenim materijalima i cijeni (Sl. 9).

Sl.9. Optički kabeli

3.3 OPTIČKA VLAKNA

Četiri su glavna fenomena u optičkim vlaknima koji ograničavaju performanse WDM sustava - to su kromatska disperzija, disperzija polarizacijskog načina prvog i drugog reda te nelinearni optički efekti.

3.3.1 Kromatska disperzija

Važna optička karakteristika stakla koje se koristi u proizvodnji vlakana je disperzija indeksa loma, koja se očituje u ovisnosti brzine širenja signala o valnoj duljini - disperzija materijala. Osim toga, u proizvodnji monomodnog vlakna, kada se kvarcni filament izvlači iz staklenog predsklopa, do određene mjere dolazi do odstupanja u geometriji vlakna i radijalnom profilu indeksa loma. Sama geometrija vlakna, zajedno s odstupanjima od idealnog profila, također daje značajan doprinos ovisnosti brzine širenja signala o valnoj duljini, to je disperzija valovoda.

Kombinirani učinak disperzije materijala i valovoda naziva se kromatska disperzija vlakna, sl. 3.16.

Slika 3.16 Ovisnost kromatske disperzije o valnoj duljini

Fenomen kromatske disperzije slabi kako se širina spektra laserskog zračenja smanjuje. Čak i kada bi bilo moguće upotrijebiti idealan izvor monokromatskog zračenja s nultom generacijom širine linije, tada bi nakon modulacije informacijskim signalom signal bio spektralno proširen, a što je širenje veće, veća je brzina modulacije. Postoje i drugi čimbenici koji dovode do spektralnog širenja zračenja, od kojih se može razlikovati cvrkut izvora zračenja.

Dakle, izvorni kanal nije predstavljen jednom valnom duljinom, već skupinom valnih duljina u uskom spektralnom području - valnim paketom. Budući da se različite valne duljine šire različitim brzinama (točnije, različitim grupnim brzinama), optički impuls, koji na ulazu u komunikacijsku liniju ima strogo pravokutni oblik, prolazeći kroz vlakno postajat će sve širi. S dugim vremenom širenja u vlaknu, ovaj puls se može miješati sa susjednim impulsima, što otežava njihovu točnu rekonstrukciju. S povećanjem brzine prijenosa i duljine komunikacijske linije raste utjecaj kromatske disperzije.

Kromatska disperzija, kao što je već spomenuto, ovisi o materijalu i komponentama valovoda. Na određenoj valnoj duljini λ o kromatska disperzija nestaje - ta se valna duljina naziva valna duljina nulte disperzije.

Jednomodno silicijevo vlakno sa stepenastim indeksom ima nultu disperziju na valnoj duljini od 1310 nm. Takvo se vlakno često naziva vlakno bez disperzije.

Disperzija valovoda prvenstveno je određena profilom indeksa loma jezgre vlakna i unutarnje obloge. U vlaknu sa složenim profilom indeksa loma, promjenom omjera između disperzije medija i disperzije valovoda, ne samo da se može pomaknuti valna duljina nulte disperzije, već se može odabrati i željeni oblik disperzijske karakteristike, tj. oblik ovisnosti disperzije o valnoj duljini.

Oblik disperzijske karakteristike ključan je za WDM sustave, posebno kod vlakana s pomakom disperzije (Preporuka ITU-T G.653).

Osim parametra λ o koristi se i parametar S o koji opisuje nagib disperzijske karakteristike na valnoj duljini λ o, sl. 3.17. Općenito, nagib na drugim valnim duljinama razlikuje se od nagiba na valnoj duljini λ o . Trenutna vrijednost nagiba S o određuje linearnu komponentu disperzije u blizini λ o .

Riža. 3.17 Glavni parametri ovisnosti kromatske disperzije o valnoj duljini: λ o - valna duljina nulte disperzije i S o - nagib disperzijske karakteristike u točki nulte disperzije.

Kromatska disperzija τchr(obično se mjeri u ps) može se izračunati pomoću formule

τ chr = D(λ) ∆τ L,

gdje D(λ)- koeficijent kromatske disperzije (ps/(nm*km)), i L- duljina komunikacijskog voda (km). Imajte na umu da ova formula nije točna u slučaju ultra-uskopojasnih izvora zračenja.

Na sl. 3.18 odvojeno prikazuje ovisnosti disperzije valovoda za vlakno s nepomaknutom (1) i pomaknutom (2) disperzijom i materijalnom disperzijom o valnoj duljini.

Riža. 3.18 Ovisnost disperzije o valnoj duljini (kromatska disperzija definirana je kao zbroj disperzije materijala i valovoda.)

Kromatska disperzija prijenosnog sustava osjetljiva je na:
povećanje duljine i broja dionica komunikacijske linije;
povećanje brzine prijenosa (jer se povećava efektivna širina linije izvora).

Na njega manje utječu:
smanjenje frekvencijskog intervala između kanala;
povećanje broja kanala.

Kromatska disperzija se smanjuje sa:
smanjenje apsolutne vrijednosti kromatske disperzije vlakna;
kompenzacija disperzije.

U WDM sustavima s konvencionalnim standardnim vlaknima (Rec. ITU-T G.652), posebnu pozornost treba obratiti na kromatsku disperziju, budući da je velika u području valne duljine od 1550 nm.

Razlikujte disperziju modova, koja je uzrokovana velikim brojem modova u optičkom vlaknu i kromatsku disperziju povezanu s nekoherentnošću izvora svjetlosti koji stvarno rade u određenom rasponu valnih duljina.

Razmotrimo širenje svjetlosne zrake duž višemodnog vlakna. U ovom slučaju postoje dva načina, dva snopa. Prvi se proteže duž uzdužne osi vlakna, dok se drugi reflektira od sučelja medija. Tako je putanja druge svjetlosne zrake veća od prve. Kao rezultat toga, kada se dvije zrake koje nose elektromagnetsku energiju zbroje zajedno, uspoređena kosa zraka s aksijalnom zrakom je vremensko kašnjenje, koje se izračunava sljedećom formulom:

c- brzina svjetlosti
l– duljina vlakana
n 1 , n 2– indekse loma jezgre i ljuske

Gradijentna disperzija optičkih vlakana, obično dva reda veličine niža od onih vlakana sa stepenastim profilom indeksa loma. Zbog glatke promjene indeksa loma jezgre optičkog vlakna smanjuje se putanja druge zrake duž vlakna. Time se smanjuje druga vremenska odgoda u odnosu na prvu zraku.

Disperzija jednog načina optičkog vlakna, a nema povećanja trajanja impulsa određena je kromatskom disperzijom, koja se pak dijeli na materijal i valovod.

Fenomen materijalne disperzije naziva se apsolutna ovisnost indeksa loma n o materijalnoj valnoj duljini svjetlosti ( n =ϕλ()). Koeficijent disperzije valovoda određen je ovisnošću o fazi β i frekvencije ( β=ϕ ω() ).

Proširenje pulsa zbog kromatske disperzije izračunava se pomoću formule:

m– širenje impulsa zbog disperzije materijala, ps;
τ B– širenje pulsa zbog disperzije valovoda, ps;
∆λ – spektralna širina izvora zračenja, nm;
M(λ) je koeficijent specifične disperzije materijala, ps / nm km;
B(λ)– koeficijent disperzije valovoda, ps / nm km.

Razmotrite učinak materijala i disperzije valovoda u jednomodnom vlaknu. Kao što je vidljivo iz grafikona, povećanje disperzije valne duljine materijala se smanjuje, a na valnoj duljini od 1,31 m postaje jednaka nuli. Valna duljina u ovom slučaju smatra se valnom duljinom nulte disperzije. U isto vrijeme disperzija veća od 1,31 mikrona postaje negativna. Nepristrana valovodna disperzija vlakana je relativno mala vrijednost i nalazi se u području pozitivnih brojeva. U razvoju optičkog vlakna s disperzijskim pomakom, koje se temelji na valovodnoj komponenti, nastoji se kompenzirati disperzija materijala na veće valne duljine, tj. treći prozirni prozor (λ = 1,55 m). Ovaj pomak se provodi smanjenjem promjera jezgre, povećanjem Δ i korištenjem trokutastog oblika profila indeksa loma jezgre.

Pri širenju polariziranog svjetlosnog vala duž optičkog vlakna dolazi do polarizacijske disperzije. Svjetlosni val sa stajališta valne teorije je stalno promjenjivi vektor magnetskog i električnog polja koji je okomit na širenje elektromagnetskih (svjetlosnih) valova. Primjer svjetlosnog vala može biti prirodno svjetlo čiji smjer električnog vektora nasumično varira. Ako je zračenje monokromatsko i vektori osciliraju s konstantnom frekvencijom, mogu se prikazati kao zbroj dviju međusobno okomitih komponenti x i y. Idealno optičko vlakno je izotropni medij u kojem su elektromagnetska svojstva jednaka u svim smjerovima, primjerice indeksi loma. Sredstva s različitim indeksima loma u dvije okomite osi x i y nazivaju se dvolomnim. Stoga u ovom slučaju vlakno ostaje jednomodno jer dva ortogonalno polarizirana moda imaju istu konstantu širenja. Ali to vrijedi samo za idealna optička vlakna.

U stvarnom optičkom vlaknu dva ortogonalno polarizirana moda imaju neidentične konstante širenja, tako da dolazi do vremenskog kašnjenja i širenja optičkog impulsa.

Proširenje pulsa zbog disperzije polarizacijskog načina (PMD) izračunava se na sljedeći način:

Stoga se disperzija polarizacijskog načina očituje samo u jednomodnim optičkim vlaknima s netsirkulyarnoy (eliptičnom) jezgrom i pod određenim uvjetima postaje usporediva s kromatskim. Stoga se rezultirajuća disperzija jednomodnog optičkog vlakna određuje sljedećom formulom:

Disperzija značajno ograničava propusnost optičkih vlakana. Maksimalna propusnost na optičkoj liniji 1 km izračunava se približnom formulom:

τ - širenje pulsa, ps / km.

Kromatska disperzija sastoji se od materijala i komponenti valovoda i javlja se tijekom širenja u jednomodnim i višemodnim vlaknima. Međutim, najjasnije se očituje u jednomodnom vlaknu zbog odsutnosti intermodne disperzije.

Disperzija materijala je posljedica ovisnosti indeksa loma vlakna o valnoj duljini. Izraz za disperziju jednomodnog vlakna uključuje diferencijalnu ovisnost indeksa loma o valnoj duljini.

Disperzija valovoda je posljedica ovisnosti koeficijenta širenja moda o valnoj duljini

gdje su koeficijenti M(l) i N(l) specifične disperzije materijala i valovoda, a Dl (nm) je proširenje valne duljine zbog nekoherentnosti izvora zračenja. Rezultirajuća vrijednost specifičnog koeficijenta kromatske disperzije definirana je kao D(l) = M(l) + N(l). Specifična disperzija ima dimenziju ps/(nm*km). Ako je koeficijent disperzije valovoda uvijek veći od nule, tada koeficijent disperzije materijala može biti pozitivan ili negativan. I ovdje je važno da na određenoj valnoj duljini (oko 1310 ± 10 nm za stepenasto monomodno vlakno) postoji međusobna kompenzacija M(l) i N(l), a rezultirajuća disperzija D(l) nestaje. Valna duljina na kojoj se to događa naziva se valna duljina nulte disperzije l0. Obično je naznačeno određeno područje valnih duljina unutar kojih l0 može varirati za to posebno vlakno.

Corning koristi sljedeću metodu za određivanje specifične kromatske disperzije. Vremenska kašnjenja se mjere tijekom širenja kratkih svjetlosnih impulsa u vlaknu duljine najmanje 1 km. Nakon uzorkovanja podataka za nekoliko valnih duljina iz raspona interpolacije (800-1600 nm za MMF, 1200-1600 nm za SF i DSF), mjerenja kašnjenja ponovno se uzorkuju na istim valnim duljinama, ali samo na kratkom referentnom vlaknu (dužine 2 m) . Vremena kašnjenja dobivena na njemu oduzimaju se od odgovarajućih vremena dobivenih na dugom vlaknu kako bi se eliminirala sustavna komponenta pogreške.

Za jednomodna i višemodna gradijentna vlakna koristi se empirijska Sellmeierova formula: t (l) = A + Bl2 + Cl-2. Koeficijenti A, B, C su podesivi i odabrani su tako da eksperimentalne točke bolje pristaju na t (l) krivulju. Tada se specifična kromatska disperzija izračunava po formuli:

gdje je l0 = (C/B)1/4 valna duljina nulte disperzije, novi parametar S0 = 8B je nagib nulte disperzije (njegova dimenzija je ps/(nm2*km)), a l je radna valna duljina za koju je specifična određuje se kromatska disperzija.

a) višemodno gradijentno vlakno (62,5/125)

b) jednomodno stepenasto vlakno (SF)

c) jednomodno vlakno s disperzijskim pomakom (DSF)

Povezani članak

Taktička sredstva. okidači
ovaj posao posvećena je ulozi okidača u digitalnim uređajima. Sva moderna računala koriste logički sustav koji je izumio George Boole. S razvojem elektronike pojavila se takva klasa elektroničke tehnologije kao što je digitalna. Digitalna tehnologija uključuje takve uređaje ...