Sklaida. Chromatinė dispersija, jos atsiradimo priežastys Chromatinė dispersija susideda iš komponentų

Bendrosios nuostatos

Šviesolaidžio dispersija yra optinio signalo spektrinių arba modinių komponentų sklaida laike. Pagrindinė sklaidos priežastis – skirtingi atskirų optinio signalo komponentų sklidimo greičiai. Dispersija pasireiškia kaip išplėtimas, pailgėja sklidimo per pluoštą trukmė

optiniai impulsai.

Bendruoju atveju rodoma optinio impulso išplėtimo ∆δ reikšmė tiesiogiai nustatoma pagal vidutinės kvadratinės trukmės reikšmes atitinkamai perdavimo δ įėjime ir δ išėjime:

Savo ruožtu dispersija sukuria skersinį pokalbį, veda į tarpsimbolinius trikdžius ir atitinkamai signalo priėmimo klaidas, kurios riboja perdavimo greitį linijoje arba, kitaip tariant, regeneravimo sekcijos (RU) ilgį.

Intermode dispersija

Intermode dispersija būdinga tik daugiamodėms optinėms skaiduloms. Ji atsiranda daugiamodėse skaidulose dėl didesnio modų skaičiaus su skirtingu sklidimo laiku ir skirtingu kelio ilgiu, kad atskiri režimai keliauja pluošto šerdyje (1.10 - 1.11 pav.).

Tipinių gradientinių daugiamodių šviesolaidžių pralaidumą apibūdina plačiajuosčio ryšio koeficientas ∆F, MHz-km, kurio reikšmė paso duomenyse nurodoma bangos ilgiais, atitinkančiais pirmąjį ir antrąjį skaidrumo langus. Įprastų daugiamodių optinių skaidulų dažnių juostos plotis yra 400...2000 MHz-km.

Norint įdiegti didelės spartos daugiamodį FOL, kaip OSB optoelektroninių modulių spinduliuotės šaltinius reikia naudoti vienmodžius lazerius, užtikrinančius didesnį nei 622 Mbps duomenų perdavimo spartą (STM-4). Savo ruožtu pagrindinis veiksnys, iškreipiantis vienmodžių OSB optinių signalų, sklindančių daugiamodžių FOL skaidulomis, iškraipymus, yra nebe daugiamodė dispersija, o diferencialinio režimo delsa (DMD). DMD yra atsitiktinio pobūdžio ir tiesiogiai priklauso nuo konkrečios šaltinio ir pluošto poros parametrų, taip pat nuo lazerio išvesties spinduliuotės įvedimo į daugiamodio FOL linijinį kelią sąlygų. Todėl paso duomenyse apie naujo tipo daugiamodės optinės skaidulos - skaidulos, optimizuotos darbui su lazeriais - be plačiajuosčio ryšio koeficiento verčių, leidžiančių įvertinti intermode dispersiją perduodant daugiamodio SOS signalus per daugiamodis FOTL, taip pat nurodoma papildoma informacija, gauta atliekant DMD matavimus procese.pluošto gamyba, pvz., Gigabit Ethernet vienmodė SCE ESC ilgio riba.

Akivaizdu, kad vienmodžių optinių skaidulų intermode dispersija neatsiranda. Vienas iš pagrindinių signalų, sklindančių vienmodėmis optinėmis skaidulomis, iškraipymo veiksnių yra chromatinė ir poliarizacijos režimų dispersija.

Chromatinė dispersija

Chromatinė dispersija Dch atsiranda dėl baigtinio lazerio spinduliuotės spektro pločio ir skirtingų optinio signalo spektrinių komponentų sklindančių greičių skirtumo. Chromatinė dispersija susideda iš medžiagos ir bangolaidžio dispersijos ir pasireiškia tiek vienmodiais, tiek daugiamodiais optiniais pluoštais:

Medžiagos dispersija

Medžiagos dispersija Dmat nustatoma pagal medžiagų, iš kurių pagaminta šviesolaidžio šerdis – kvarco ir priemaišų, dispersijos charakteristikas. Šerdies ir apvalkalo medžiagos lūžio rodiklio spektrinė priklausomybė (1.24 pav.) sukelia bangos ilgio ir sklidimo greičio pokyčius.

Gana dažnai ši priklausomybė apibūdinama gerai žinoma Sellmeier lygtimi, kurios forma yra tokia:

(1.28)

Kur Aj ir Bj yra Sellmeiro koeficientai, atitinkantys tam tikros rūšies medžiagą, priedą ir jo koncentraciją.

Ryžiai. 1.24. Gryno kvarco (tvirta kreivė) ir kvarco, legiruoto 13,5 % germaniu (brūkšninė kreivė) lūžio rodiklio spektrinė priklausomybė

Akivaizdu, kad ši kvarco pluošto charakteristika gali būti laikoma nepakitusi. Medžiagos sklaida apibūdinama koeficientu Dmat ps/(nmkm), kuris nustatomas pagal žinomą ryšį:

Pavyzdžiui, pav. 1.25 parodytos gryno kvarco ir kvarco, legiruoto 13,5 % germaniu, medžiagų sklaidos koeficientų spektrinės charakteristikos.

Akivaizdu, kad medžiagos sklaidos pasireiškimo pobūdis priklauso ne tik nuo šaltinio spinduliuotės spektro pločio, bet ir nuo jo centrinio veikimo bangos ilgio. Taigi, pavyzdžiui, trečiojo skaidrumo lango λ=1550 nm srityje trumpesnės bangos sklinda greičiau nei ilgesnės, o medžiagos sklaida didesnė už nulį (Dmat>0). Šis diapazonas vadinamas normalios arba teigiamos dispersijos sritimi (1.26 pav. (b)).

Priešingai, pirmojo skaidrumo lango λ=850 nm srityje ilgesnės bangos sklinda greičiau nei trumpesnės, o medžiagos sklaida atitinka neigiamą reikšmę (Dmat<0) Данный диапазон называется областью аномальной или отрицательной дисперсии (рис. 1.26 (в)).

Ryžiai. 1.26. Chromatinė dispersija: a) impulsas prie FOL įėjimo; b) normalus

dispersija; c) anomali sklaida; d) nulinės dispersijos sritis.

Tam tikrame spektro taške, vadinamame nulinės medžiagos sklaidos tašku λ0, įvyksta sutapimas, kai tiek trumposios, tiek ilgosios bangos sklinda vienodu greičiu (1.26 pav. (d)). Taigi, pavyzdžiui, gryno kvarco SiO2 nulinės medžiagos sklaidos taškas atitinka 1280 nm bangos ilgį (1.25 pav.).

Optinis pluoštas perduoda ne tik šviesos energiją, bet ir naudingą informacinį signalą. Šviesos impulsai, kurių seka lemia informacijos srautą, sklidimo procese yra neryškūs. Esant pakankamai dideliam išplėtimui, impulsai pradeda persidengti, todėl priėmimo metu jų neįmanoma atskirti.

Dispersija – impulso išplėtimas – turi laiko matmenį ir apibrėžiamas kaip kvadratinis skirtumas tarp impulsų trukmės L ilgio kabelio išėjime ir įėjime pagal formulę . Sklaida paprastai normalizuojama 1 km ir matuojama ps/km. Dispersiją paprastai apibūdina trys pagrindiniai toliau aptariami veiksniai:

pagal valdomų režimų sklidimo greičių skirtumą (intermode dispersija tmod)
Šviesolaidžio struktūros kreipiamosios savybės (bangos dispersija tw)
optinio pluošto medžiagos savybės (medžiagos dispersijos tmat)

Kuo mažesnė dispersijos vertė, tuo daugiau informacijos galima perduoti per pluoštą.

Intermode sklaida ir pralaidumas

Intermode sklaida atsiranda dėl skirtingų režimų sklidimo greičių ir atsiranda tik daugiamodėje skaiduloje. Pakopinio daugiamodio pluošto ir gradiento daugiamodio pluošto su paraboliniu lūžio rodiklio profiliu jį galima apskaičiuoti atitinkamai pagal formules:

čia L yra tarpmodės sujungimo ilgis (apie 5 km laiptuoto pluošto, apie 10 km gradiento pluošto).

Sklaidos dėsnio pokytis iš tiesinio į kvadratinį yra dėl nehomogeniškumo, kuris egzistuoja tikrame pluošte. Šie nehomogeniškumas lemia modų sąveiką ir energijos perskirstymą juose. Esant L > Lc, atsiranda pastovi būsena, kai visi režimai yra spinduliuotėje tam tikra pastovia proporcija. Paprastai ryšio linijų ilgis tarp aktyvių įrenginių, kai naudojamas daugiamodis šviesolaidis, neviršija 2 km ir yra daug mažesnis už intermode ryšio ilgį. Todėl galima naudoti tiesinės dispersijos dėsnį.

Dėl kvadratinės priklausomybės nuo D gradiento pluošto intermodės dispersijos reikšmės yra daug mažesnės nei laiptuoto pluošto, todėl ryšio linijose geriau naudoti gradientinį daugiamodį skaidulą.

Praktikoje, ypač aprašant daugiamodę skaidulą, dažniau vartojamas terminas pralaidumas. Skaičiuodami pralaidumą W, galite naudoti formulę: W = 0,44 / t

Pralaidumas matuojamas MHz*km. Iš juostos pločio apibrėžimo matyti, kad dispersija riboja perdavimo atstumą ir viršutinį perduodamų signalų dažnį. Fizinė W reikšmė yra didžiausias perduodamo signalo moduliavimo dažnis, kurio linijos ilgis yra 1 km. Jei dispersija didėja tiesiškai didėjant atstumui, dažnių juostos plotis yra atvirkščiai proporcingas atstumui.

Chromatinė dispersija

Chromatinė dispersija susideda iš medžiagos ir bangolaidžio komponentų ir atsiranda sklidimo metu tiek vienmodiuose, tiek daugiamodiuose pluoštuose. Tačiau ryškiausiai jis pasireiškia vienmodiame pluošte, nes nėra tarpmodės dispersijos.

Medžiagos dispersija atsiranda dėl pluošto lūžio rodiklio priklausomybės nuo bangos ilgio. Vienmodio pluošto dispersijos išraiška apima diferencinę lūžio rodiklio priklausomybę nuo bangos ilgio.

Bangolaidžio dispersija atsiranda dėl režimo sklidimo koeficiento priklausomybės nuo bangos ilgio.

kur koeficientai M(l) ir N(l) yra atitinkamai specifinės medžiagos ir bangolaidžio dispersijos, o Dl (nm) – bangos ilgio išplėtimas dėl spinduliuotės šaltinio nenuoseklumo. Gauta specifinio chromatinės dispersijos koeficiento reikšmė apibrėžiama kaip D(l) = M(l) + N(l). Specifinė dispersija turi matmenis ps/(nm*km). Jei bangolaidžio dispersijos koeficientas visada yra didesnis už nulį, tada medžiagos sklaidos koeficientas gali būti teigiamas arba neigiamas. Ir čia svarbu, kad esant tam tikram bangos ilgiui (maždaug 1310 ± 10 nm laiptuotam vienmodžiui pluoštui) įvyktų abipusė M(l) ir N(l) kompensacija, o gauta dispersija D(l) išnyksta. Bangos ilgis, kuriam esant tai įvyksta, vadinamas nulinės dispersijos bangos ilgiu l. Paprastai nurodomas tam tikras bangos ilgių diapazonas, kurio ribose l gali skirtis šiam konkrečiam pluoštui. Corning naudoja šį metodą specifinei chromatinei dispersijai nustatyti. Laiko uždelsimas matuojamas trumpiems šviesos impulsams sklindant pluošte, kurio ilgis ne mažesnis kaip 1 km. Paėmus kelių bangos ilgių duomenis iš interpoliacijos diapazono (800–1600 nm MMF, 1200–1600 nm SF ir DSF), vėlavimo matavimai pakartotinai atrenkami tais pačiais bangos ilgiais, bet tik trumpame etaloniniame pluošte (ilgis 2 m). Jame gauti delsos laikai atimami iš atitinkamų ilgo pluošto laiko, kad būtų pašalintas sisteminis klaidos komponentas.

Chromatinė dispersija apskaičiuojama pagal formulę:

Laiko vėlavimo kreivės ir specifinės chromatinės dispersijos:

a) daugiamodis gradientinis pluoštas (62,5/125)

b) vienmodis pakopinis pluoštas (SF)

c) vienmodis skaidulinis pluoštas (DSF)

Poliarizacijos režimo dispersija

Poliarizacijos režimo dispersija tpmd (poliarizacijos režimo dispersija) atsiranda dėl skirtingų dviejų tarpusavyje statmenų poliarizacijos režimo komponentų sklidimo greičio. Specifinis sklaidos koeficientas T yra normalizuotas 1 km ir turi matmenis (ps/km1/2), o tpmd didėja didėjant atstumui pagal dėsnį tpmd=T·L1/2. Norėdami atsižvelgti į indėlį į gautą dispersiją, dešinėje (2–13) pusėje pridėkite terminą t2pmd. Dėl mažos tpmd reikšmės jis gali pasirodyti tik vienmodiame šviesolaidyje ir kai naudojamas plačiajuostis signalo perdavimas (pralaidis 2,4 Gbit/s ir didesnis), kurio spektrinės emisijos dažnių juostos plotis yra 0,1 nm arba mažesnis. Šiuo atveju chromatinė dispersija tampa panaši į poliarizacijos režimo dispersiją.

Vienmodė skaiduloje iš tikrųjų gali sklisti ne vienas režimas, o du pagrindiniai režimai – dvi statmenos pradinio signalo poliarizacijos. Idealiame pluošte, kurio geometrijoje nėra nevienalytiškumo, du režimai sklistų tuo pačiu greičiu, 1 pav. a. Tačiau praktikoje pluoštai neturi idealios geometrijos, todėl skiriasi dviejų poliarizacijos režimo komponentų sklidimo greičiai, Fig. b.

Per didelis tpmd lygis kartu su čirpiamu moduliuotu lazerio signalu, taip pat nuostolių priklausomybe nuo poliarizacijos gali sukelti laikinus analoginio vaizdo signalo amplitudės svyravimus. Dėl to pablogėja vaizdo kokybė arba televizoriaus ekrane atsiranda įstrižų juostų. Kai perduodamas didelio dažnių juostos pločio (> 2,4 Gbps) skaitmeninis signalas, tpmd buvimas gali padidinti klaidos spartą.

Pagrindinė poliarizacijos režimo dispersijos atsiradimo priežastis yra vienmodio pluošto šerdies profilio neapvalumas (ovalumas), atsirandantis gaminant ar eksploatuojant pluoštą. Gaminant pluoštą tik griežta kontrolė leidžia pasiekti mažas šio parametro vertes.

FOTS skaičiavimo dispersijos apskaičiavimas

Kad signalas būtų perduodamas priimtina kokybe – signalo ir triukšmo santykis nebuvo mažesnis už tam tikrą reikšmę – būtina, kad skaidulos juostos plotis perdavimo bangos ilgiu viršytų moduliacijos dažnį. Žemiau pateikiami leistino segmento ilgio apskaičiavimo naudojant lentelę pavyzdžiai.

2.1 pavyzdys. Eterneto standartas daugiamodiams šviesolaidžiams.

10Base-FL optinė sąsaja apima Mančesterio kodavimą, kurio moduliavimo dažnis yra 20 MHz. Naudojant šviesos diodus, kurių D l \u003d 35 nm (850 nm), specifinis 50/125 pluošto pralaidumas yra 125 MHz * km, o esant 4 km optiniam segmentui, jis bus 31 MHz, o tai yra daugiau nei 20 MHz. . Tai reiškia, kad sklaidos požiūriu 4 km ilgis yra priimtinas pagal nurodytą optinio siųstuvo našumą ir tokio tipo skaidulą. Tačiau, kalbant apie slopinimą, kuris šiuo bangos ilgiu yra 3 dB / km, standartinių siųstuvų-imtuvų dinaminis diapazonas gali nepakakti šiam atstumui. Ethernet 10Base-FL standartas nurodo 2 km atstumą, atsižvelgiant į ne tokius griežtus reikalavimus tiek kabelių sistemos charakteristikoms (pavyzdžiui, 62.5 / 125 pluoštas, kelių sausų sandūrų buvimas), ir optiniams siųstuvams-imtuvams - Ethernet. optiniai siųstuvai-imtuvai (pavyzdžiui, D l = 50 nm).

2.2 pavyzdys. FDDI standartas daugiamodėms skaiduloms.

FDDI PMD optinė sąsaja apima 4B5B kodavimą, kurio moduliavimo dažnis yra 125 MHz. Naudojant šviesos diodus, kurių D l = 35 nm (1310 nm), specifinis pralaidumas 62,5/125 šviesolaidžiui yra 450 MHz * km, o esant 2 km ilgio optiniam segmentui – 225 MHz, o tai yra daugiau nei 125 MHz. , tai yra, dispersijos požiūriu yra priimtinas 2 km atstumas, o tai visiškai atitinka FDDI PMD standartą, skirtą daugiamodėms skaiduloms.

Silpna daugiamodės skaidulos dažnių juostos pločio priklausomybė (pavyzdžiui, 62,5/125) nuo spinduliuotės šaltinio, veikiančio 1310 nm bangos ilgiu (450 MHz * km, kai D l = 35 nm, ir 452 MHz * km, esant 452 MHz * km), spektrinio pločio D l = 2 nm ) paaiškinama maža chromatinės dispersijos dalimi, palyginti su tarpmodine dispersija, nes darbinis bangos ilgis yra artimas nulinės dispersijos bangos ilgiui. Taigi, optinių siųstuvų, veikiančių per daugiamodį skaidulą, esant 1310 nm, spektrinio dažnių juostos pločio reikalavimai paprastai yra silpni.

2.3 pavyzdys. Fast Ethernet standartas, skirtas vienmodžiui šviesolaidžiui.

100Base-FX optinė sąsaja, panaši į FDDI, apima 4B5B kodavimą, kurio moduliavimo dažnis yra 125 MHz. Naudojant lazerius, kurių D l = 2 nm (1310 nm), laiptuoto vienmodio pluošto 8/125 savitasis dažnių juostos plotis yra didesnis nei 120 000 MHz * km, o esant 100 km optinio segmento ilgiui – 1200 MHz, yra didesnis nei 125 MHz. Tai yra, dispersijos požiūriu 100 km ilgis yra priimtinas, tačiau čia jau pradeda veikti slopinimas. Esant 25 dB dinaminiam diapazonui, atsižvelgiant į sausų jungčių ir sandūrų nuostolius, kai pluošto slopinimas yra 0,4 dB/km, maksimalus atstumas yra 62,5 km.

Galite sumažinti nuostolius, jei perduodate signalą, kurio bangos ilgis yra 1550 nm. Dėl nuostolių, kurių dinaminis diapazonas yra tas pats 25 dB ir darant prielaidą, kad pluošto slopinimas yra 0,25 dB / km, gauname 100 km atstumą. Pagal dispersiją naudojant lazerius, kurių D l = 2 nm (1310 nm), laiptuoto vienmodio pluošto 8/125 savitasis pralaidumas yra 12600 MHz*km. Dėl to 100 km atstumu pralaidumas bus 126 MHz, o tai panašu į Fast Ethernet moduliacijos dažnį. Tai nėra labai patikima. Kai fiksuotas spektrinis dažnių juostos plotis D l = 2 nm, sunkumai gali būti pašalinti, jei perdavimui naudojamas dispersijos poslinkis DSF pluoštas. Jei kabelių sistemą vaizduoja tik vienmodės pakopinio profilio skaidulos (SF), tuomet reikėtų naudoti siauresnės spektrinės juostos optinius siųstuvus, pavyzdžiui, D l = 1 nm.

2.4 pavyzdys. ATM 622 Mbps (STM-4) standartas, skirtas vienmodžiui šviesolaidžiui.

622 Mbps ATM optinė sąsaja naudoja 8B10B kodavimą, kuris atitinka 778 MHz moduliacijos dažnį. Naudojant lazerį su D l \u003d 0,1 nm (1550 nm), kurio specifinis pralaidumas laiptuotam vienmodžiui pluoštui 8/125 yra 252000 MHz * km (12600 x 20). 100 km ilgio optinio segmento dažnis bus 2520 MHz, tai yra daug daugiau nei 778 MHz. Tai yra, kalbant apie dispersiją, naudojant lazerį, kurio D l = 0,1 nm (1550 nm), 100 km ilgis yra priimtinas, net jei naudojamas standartinis laiptuotas pluoštas.

2.5 pavyzdys. Super signalo perdavimas 100 GHz dažniu per dispersijos poslinkį DSF vieno modo skaidulų.

Naudojant lazerius, kurių tchr = 0,1 nm (1550 nm), specifinis DSF 8/125 dažnių juostos plotis yra didesnis nei 2400 GHz*km (20 x 120000 MHz*km), o kai optinio segmento ilgis yra 20 km, jis bus 120 GHz , kuris šiek tiek viršija 100 GHz. Tai yra, kalbant apie sklaidą, 20 km atkarpos ilgis yra ties didžiausio leistino atstumo riba. Štai kodėl optiniai super tinklai, kurių perdavimo sparta kanale yra 100 Gbit / s, turi ribotą mastą, pavyzdžiui, miesto mastelį. 2.6 pavyzdys. Chromatinio ir poliarizacijos režimų dispersijos įtakos palyginimas

Įvertinkite atstumą L0, kuriam esant chromatinės dispersijos tchr ir poliarizacijos režimo dispersijos tpmd dydis lyginamas, jei chromatinės dispersijos koeficientas D=2 ps/(nm*km), poliarizacijos modalinės dispersijos koeficientas T= 0,5 ps/km1/2 ir spektrinės spinduliuotės plotis D l=0,05 nm.

Sulyginus išraiškas tchr=D·D l·L ir tpmd=T·L1/2, randame L0 = (T/DDl)2 = 25 km. Jei L> L0 poliarizacijos režimo dispersijos galima nepaisyti, tada L 100 Gbps) miesto mastu. 2.7 pavyzdys. PMD poveikis didelės spartos srautams

Apskaičiuokite didžiausią leistiną atstumą iki optinio segmento Lmax, per kurį be pakartotinio perdavimo gali būti perduodamas vieno kanalo signalas, kurio dažnis W = 100 GHz, remiantis poliarizacijos režimo dispersijos įvedamais apribojimais, jei poliarizacijos režimo sklaidos koeficientas yra T = 1 ps/km1/2.

Remdamiesi ryšiu (2-17) gauname: tpmd=T L1/2< 0,44/W. Отсюда Lmax = (0,44/WT)2 = (0,44/(100·109·10-12))2 ~ 19 км. При Т= 0,5 пс/км1/2 расстояние возрастает до 77 км. Ведущие фирмы-производителя волокна обеспечивают выходной параметр поляризационной модовой дисперсии не выше 0,5. Однако, следует учитывать, что после инсталляции кабельной системы значение этого параметра возрастает.

3.3 OPTINIS PLUOŠTAS

Yra keturi pagrindiniai optinio pluošto reiškiniai, kurie riboja WDM sistemų veikimą – tai chromatinė dispersija, pirmos ir antros eilės poliarizacijos režimo dispersija ir netiesiniai optiniai efektai.

3.3.1 Chromatinė dispersija

Svarbi pluošto gamyboje naudojamo stiklo optinė charakteristika yra lūžio rodiklio sklaida, pasireiškianti signalo sklidimo greičio priklausomybe nuo bangos ilgio – medžiagos dispersija. Be to, gaminant vienmodį pluoštą, kai iš stiklo ruošinio ištraukiamas kvarcinis siūlas, tam tikru mastu atsiranda pluošto geometrijos ir radialinio lūžio rodiklio profilio nukrypimų. Pati pluošto geometrija kartu su nukrypimais nuo idealaus profilio taip pat reikšmingai prisideda prie signalo sklidimo greičio priklausomybės nuo bangos ilgio, tai yra bangolaidžio dispersija.

Bendras medžiagos ir bangolaidžių dispersijų poveikis vadinamas pluošto chromatine dispersija, pav. 3.16.

3.16 pav. Chromatinės dispersijos priklausomybė nuo bangos ilgio

Mažėjant lazerio spinduliuotės spektriniam plotiui, chromatinės dispersijos reiškinys silpnėja. Net jei būtų galima naudoti idealų monochromatinės spinduliuotės šaltinį su nulinės kartos linijos pločiu, tada po moduliavimo informaciniu signalu signalas būtų spektriškai išplėstas ir kuo didesnis išplėtimas, tuo didesnis moduliacijos greitis. Yra ir kitų veiksnių, lemiančių spinduliuotės spektrinį išplėtimą, iš kurių galima atskirti spinduliuotės šaltinio čirškimą.

Taigi pradinį kanalą vaizduoja ne vienas bangos ilgis, o bangos ilgių grupė siaurame spektriniame diapazone – bangų paketas. Kadangi skirtingi bangos ilgiai sklinda skirtingais greičiais (o tiksliau, skirtingais grupės greičiais), optinis impulsas, kurio ryšio linijos įėjime yra griežtai stačiakampio formos, eidamas per skaidulą taps vis platesnis ir platesnis. Esant ilgam sklidimo laikui pluošte, šis impulsas gali susimaišyti su kaimyniniais impulsais, todėl sunku juos tiksliai atkurti. Didėjant perdavimo spartai ir ryšio linijos ilgiui, didėja chromatinės dispersijos įtaka.

Chromatinė dispersija, kaip jau minėta, priklauso nuo medžiagos ir bangolaidžio komponentų. Esant tam tikram bangos ilgiui λ o chromatinė dispersija išnyksta – šis bangos ilgis vadinamas nulinės dispersijos bangos ilgiu.

Vienmodės pakopinio indekso silicio dioksido pluoštas turi nulinę dispersiją, kai bangos ilgis yra 1310 nm. Toks pluoštas dažnai vadinamas dispersiniu nepaslinktu pluoštu.

Bangolaidžio dispersiją pirmiausia lemia pluošto šerdies ir vidinio apvalkalo lūžio rodiklis. Sudėtingo lūžio rodiklio profilio pluošte, keičiant terpės dispersijos ir bangolaidžio dispersijos santykį, galima ne tik perkelti nulinės dispersijos bangos ilgį, bet ir pasirinkti norimą dispersijos charakteristikos formą, t.y. dispersijos priklausomybės nuo bangos ilgio forma.

Dispersijos charakteristikos forma yra labai svarbi WDM sistemoms, ypač per dispersijos poslinkį (Rec. ITU-T G.653).

Be parametro λ o, naudojamas parametras S o, kuris nusako dispersijos charakteristikos nuolydį, esant bangos ilgiui λ o , pav. 3.17. Apskritai, nuolydis esant kitiems bangos ilgiams skiriasi nuo nuolydžio, kai bangos ilgis yra λ o . Dabartinė nuolydžio S o reikšmė lemia tiesinę dispersijos dedamąją λ o apylinkėse.

Ryžiai. 3.17 Pagrindiniai chromatinės dispersijos priklausomybės nuo bangos ilgio parametrai: λ o - nulinės dispersijos bangos ilgis ir S o - dispersijos charakteristikos nuolydis nulinės dispersijos taške

Chromatinė dispersija τchr(paprastai matuojamas ps) gali būti apskaičiuojamas naudojant formulę

τ chr = D(λ) ∆τ L,

kur D(λ)- chromatinės dispersijos koeficientas (ps/(nm*km)) ir L- ryšio linijos ilgis (km). Atkreipkite dėmesį, kad ši formulė nėra tiksli itin siauros juostos spinduliuotės šaltinių atveju.

Ant pav. 3.18 atskirai parodytos bangolaidžio dispersijos priklausomybės pluoštui su nepaslinkta (1) ir paslinkta (2) dispersija bei medžiagos sklaida nuo bangos ilgio.

Ryžiai. 3.18. Dispersijos priklausomybė nuo bangos ilgio (chromatinė dispersija apibrėžiama kaip medžiagos ir bangolaidžio dispersijų suma.)

Perdavimo sistemos chromatinė dispersija yra jautri:
ryšio linijos ilgio ir atkarpų skaičiaus didinimas;
perdavimo spartos padidėjimas (nes didėja efektyvusis šaltinio generavimo linijos plotis).

Jam mažiau įtakos turi:
dažnio intervalo tarp kanalų sumažinimas;
kanalų skaičiaus padidėjimas.

Chromatinė dispersija mažėja:
sumažinti absoliučią pluošto chromatinės dispersijos vertę;
dispersijos kompensacija.

WDM sistemose su įprastu standartiniu pluoštu (Rec. ITU-T G.652) ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas chromatinei dispersijai, nes ji yra didelė 1550 nm bangos ilgio srityje.

Bangolaidžio dispersija atsiranda dėl režimo sklidimo koeficiento priklausomybės nuo bangos ilgio

Corning naudoja šį metodą specifinei chromatinei dispersijai nustatyti. Laiko uždelsimas matuojamas trumpiems šviesos impulsams sklindant pluošte, kurio ilgis ne mažesnis kaip 1 km. Paėmus kelių bangų ilgių duomenis iš interpoliacijos diapazono (800–1600 nm MMF, 1200–1600 nm SF ir DSF), vėlavimo matavimai pakartotinai atrenkami tais pačiais bangos ilgiais, bet tik trumpame etaloniniame pluošte (ilgis 2 m). . Jame gauti delsos laikai atimami iš atitinkamų ilgo pluošto laiko, kad būtų pašalintas sisteminis klaidos komponentas.

Vienmodėms laiptuotoms ir daugiamodėms gradientinėms skaiduloms naudojama empirinė Selmejerio formulė: t (l) = A + Bl 2 + Cl -2 . Koeficientai A, B, C yra reguliuojami ir parenkami taip, kad eksperimentiniai taškai geriau tilptų t (l) kreivėje. Tada specifinė chromatinė dispersija apskaičiuojama pagal formulę:

kur l 0 \u003d (C / B) 1/4 yra nulinės dispersijos bangos ilgis (nulinės dispersijos bangos ilgis), naujasis parametras S 0 \u003d 8B yra nulinis dispersijos nuolydis (nulinis dispersijos nuolydis, jo matmuo yra ps / (nm 2) * km)), o l yra veikimo bangos ilgis, kuriam nustatoma specifinė chromatinė dispersija.

a) daugiamodis gradientinis pluoštas (62,5/125)

b) vienmodis pakopinis pluoštas (SF)

c) vienmodis skaidulinis pluoštas (DSF)

Ryžiai. 1.2

Dispersijos poslinkio pluošto empirinė vėlinimo formulė rašoma kaip t (l) = A + Bl + Cl lnl, o atitinkama specifinė dispersija pateikiama taip:

su parametrų reikšmėmis l 0 = e -(1+B/C) ir S 0 = C/l 0, kur l – darbinis bangos ilgis, l 0 – nulinės dispersijos bangos ilgis, o S 0 – nulinis dispersijos nuolydis.

Chromatinė dispersija siejama su specifine chromatine dispersija paprastu ryšiu t chr (l) = D(l)·Dl, kur Dl yra šaltinio spinduliavimo spektro plotis. Naudojant koherentesnius spinduliuotės šaltinius, tokius kaip lazeriniai siųstuvai (Dl ~ 2 nm), ir naudojant veikiantį bangos ilgį, artimesnį nulinės dispersijos bangos ilgiui, sumažėja chromatinė dispersija.

Specifikacijos paimtos iš Corning gaminamų pluoštų.

Chromatinė dispersija atsiranda todėl, kad optinio signalo spektro plotis yra baigtinis, o skirtingi signalo spektriniai komponentai skaiduloje juda skirtingu greičiu (3.2 pav.).

Apytikslė impulso delsos eiga ir dispersijos koeficientas spinduliavimo bangos ilgiu parodytas 3.3 pav. Sklaidos koeficientas () apskaičiuojamas pagal specifinio vėlavimo priklausomybę nuo spinduliuotės bangos ilgio, kur L yra pluošto ilgis.

3.2 pav. Medžiagos ir bangolaidžio dispersija vienmodiame pluošte

3.3 pav. Vėlavimo ir dispersijos koeficiento priklausomybė nuo SM pluošto t bangos ilgio

Impulso pločio pasikeitimą (nesant nuostolių ar padidėjimo) neišvengiamai lydi jų didžiausios amplitudės pasikeitimas (3.4 pav.). Šiuo atveju pirmuoju aproksimavimu išsaugoma impulso amplitudės ir jo pločio sandauga (impulso plotas nesikeičia):

3.4 pav. Keičiant impulso plotį keičiasi jų didžiausia galia ir jam būdinga galios bauda

Impulsų didžiausios amplitudės pokytis paprastai apibūdinamas galios baudos dydžiu:

Tą pačią sąvoką taip pat patogu naudoti apibūdinant santykinį impulso išsiplėtimo dydį

Šiuo atveju lygis q = 2 dB dažnai imamas kaip galios baudos slenkstinė vertė, kuri atitinka impulso pločio padidėjimą maždaug 1,6 karto.

Chromatinė dispersija yra medžiagos ir bangolaidžio dispersijų suma: . Tai galima paaiškinti taip. Kaip jau minėta, chromatinė dispersija atsiranda dėl to, kad keičiantis bangos ilgiui keičiasi bangos sklidimo greitis. Homogeninėje terpėje bangos sklidimo greitis gali kisti tik dėl terpės lūžio rodiklio priklausomybės nuo bangos ilgio, dėl ko atsiranda medžiagos sklaida. Pluošte banga sklinda dviejose terpėse – iš dalies šerdyje, iš dalies kvarciniame apvalkale, o jai lūžio rodiklis įgauna tam tikrą vidutinę reikšmę tarp šerdies lūžio rodiklio ir kvarco apvalkalo (3.5 pav.).

Šis vidutinis lūžio rodiklis gali skirtis dėl dviejų priežasčių. Pirma, dėl to, kad šerdies ir kvarco apvalkalo lūžio rodikliai priklauso nuo bangos ilgio (maždaug vienodo). Dėl šios priklausomybės atsiranda medžiagos sklaida. Medžiagų dispersija yra pagrindinė dispersijos rūšis vienmodėse sistemose. Medžiagos sklaidos vertę galima rasti iš išraiškos

kur yra specifinė medžiagos sklaida.

Antra, todėl, kad keičiantis bangos ilgiui, kinta lauko skverbimosi į kvarco apvalkalą gylis ir atitinkamai kinta vidutinė lūžio rodiklio reikšmė (net jei šerdies ir kvarco apvalkalo lūžio rodikliai nesikeičia). Tai yra grynai bangolaidžio efektas, todėl gauta dispersija vadinama bangolaidžiu. Bangolaidžio dispersijos reikšmę galima rasti iš išraiškos

kur yra specifinė bangolaidžio dispersija.

3.5 pav. Bangolaidžio dispersija atsiranda dėl to, kad lūžio rodiklis, apskaičiuotas per režimo skersmenį, kinta priklausomai nuo bangos ilgio

Bangolaidžio dispersija priklauso nuo lūžio rodiklio profilio formos. SM pluoštuose lūžio rodiklio profilio forma yra pakopinė su santykinai dideliu šerdies skersmeniu ir nedideliu lūžio rodiklio šuoliu. DS ir NZDS pluoštuose nulinės dispersijos bangos ilgis yra perkeltas į ilgosios bangos pusę, palyginti su SM skaidulomis.

Norint pakeisti nulinės dispersijos bangos ilgį, reikia sumažinti arba medžiagą, arba chromatinės dispersijos bangolaidžio komponentą. Tai galima padaryti keičiant į šerdį patekusių priemaišų sudėtį. Medžiagos sklaida silpnai priklauso nuo priemaišų sudėties. Bangolaidžio dispersija kinta plačiame diapazone (dėl lūžio rodiklio profilio formos pasikeitimo) (3.6 pav.).