Kartu su OF slopinimo koeficientu, svarbiausias parametras yra dispersija, kuri lemia jos pralaidumą informacijos perdavimui.
Sklaida - yra optinio spektro ir režimo komponentų sklaida laike optinis signalas, dėl kurių pailgėja optinės spinduliuotės impulso trukmė, kai jis sklinda išilgai OF.
Impulso išplėtimas apibrėžiamas kaip kvadratinis skirtumas tarp optinio pluošto išėjimo ir įėjimo impulso trukmės, naudojant formulę:
be to, ir reikšmės imamos pusės impulsų amplitudės lygyje (2.8 pav.).
2.8 pav
2.8 pav. Impulso išsiplėtimas dėl dispersijos
Sklaida atsiranda dėl dviejų priežasčių: radiacijos šaltinių nenuoseklumo ir daugybės režimų. Pirmosios priežasties sukelta dispersija vadinama chromatine (dažniu) , jis susideda iš dviejų komponentų – medžiaginės ir bangolaidinės (intramode) dispersijos. Medžiagos dispersija atsiranda dėl lūžio rodiklio priklausomybės nuo bangos ilgio, bangolaidžio dispersija siejama su sklidimo koeficiento priklausomybe nuo bangos ilgio.
Sklaida, kurią sukelia antroji priežastis, vadinama modaline (intermode).
Modalinė dispersija būdingas tik daugiamodėms skaiduloms ir yra dėl to, kad skiriasi laikas, per kurį režimai pereina per optinį skaidulą nuo jo įvesties iki išvesties. AT OF su pakopiniu lūžio rodiklio profiliu sklidimo greitis elektromagnetines bangas kurio bangos ilgis yra toks pat ir lygus: , kur C yra šviesos greitis. Šiuo atveju visi spinduliai, patenkantys į pluošto galą kampu į ašį, esančią apertūros kampe, sklinda pluošto šerdyje išilgai savo zigzago linijų ir tuo pačiu sklidimo greičiu pasiekia priėmimo galą skirtingas laikas, dėl ko pailgėja gaunamo pulso trukmė. Kadangi mažiausia optinio pluošto sklidimo trukmė būna tada, kai krenta spindulys , o didžiausia – kai , tai galime rašyti:
čia L yra pluošto ilgis;
Pluošto šerdies lūžio rodiklis;
C yra šviesos greitis vakuume.
Tada intermode dispersijos reikšmė yra lygi:
Gradientinių OF režimų dispersija eilės tvarka ar daugiau mažesnės nei laiptuotų pluoštų. Taip yra dėl to, kad sumažėjus lūžio rodikliui nuo OF ašies iki apvalkalo, kinta spindulių sklidimo greitis jų trajektorijoje. Taigi, trajektorijose arti ašies jis yra mažesnis ir labiau nutolęs. Trumpiausiomis trajektorijomis (arčiau ašies) sklindančių spindulių greitis yra mažesnis, o ilgesnėmis trajektorijomis sklindančių spindulių greitis didesnis. Dėl to pluoštų sklidimo laikas išlyginamas, o impulso trukmės padidėjimas tampa mažesnis. Esant paraboliniam lūžio rodiklio profiliui, kai profilio eksponentas yra q=2, modalinė dispersija apskaičiuojama taip:
Modalinė gradiento OF dispersija yra kelis kartus mažesnė nei laiptuoto, esant toms pačioms reikšmėms. Ir kadangi paprastai , tada nurodytų optinių skaidulų modalinė dispersija gali skirtis dviem dydžiais.
Apskaičiuojant modalinę dispersiją, reikia turėti omenyje, kad iki tam tikro linijos ilgio, vadinamo režimo sujungimo ilgiu, tarpmodų sujungimo nėra, o tada įvyksta abipusio režimo keitimo procesas ir atsiranda pastovi būsena. Todėl esant , dispersija didėja pagal tiesinį įstatymą, o tada, esant - pagal kvadratinį įstatymą.
Taigi aukščiau pateiktos formulės galioja tik ilgiui . Eilučių ilgiui reikia naudoti šias formules:
- pakopiniam šviesos kreiptuvui
- gradiento šviesos kreiptuvui,
kur yra linijos ilgis;
Režimo sujungimo ilgis (pastovi būsena) lygus km laiptuoto pluošto ir km gradiento (nustatyta empiriškai).
Medžiagos dispersija priklauso nuo dažnio (arba nuo bangos ilgio) ir OF medžiagos, kuri, kaip taisyklė, naudojamas kvarcinis stiklas. Sklaidą lemia elektromagnetinė bangos sąveika su terpės medžiagos surištais elektronais, kuri, kaip taisyklė, yra netiesinio (rezonansinio) pobūdžio.
Šviesolaidžio medžiagoje, net ir vienmodžių skaidulų atveju, dispersija atsiranda dėl to, kad skaidulą sužadinantis optinis šaltinis (šviesos diodas – LED arba PPL puslaidininkinis lazeris) generuoja nepertraukiamą šviesos spinduliuotę. tam tikro pločio bangų spektras (LED – apie nm, daugiamodiams PPL – nm , vienmodiams lazeriniams diodams nm). Skirtingi šviesos spinduliuotės spektriniai komponentai sklinda skirtingu greičiu ir pasiekia tam tikrą tašką skirtingu laiku, todėl impulsas išplečiamas priėmimo gale ir tam tikromis sąlygomis iškreipiama jo forma. Lūžio rodiklis kinta priklausomai nuo bangos ilgio (dažnio), o dispersijos lygis priklauso nuo į pluoštą įšvirkštos šviesos bangų ilgio diapazono (paprastai šaltinis skleidžia kelių bangų ilgius), taip pat nuo šaltinio centrinio veikimo bangos ilgio. Skaidrumo lango I srityje ilgesni bangos ilgiai (850 nm) juda greičiau, palyginti su trumpesniais bangos ilgiais (845 nm). Skaidrumo lango III srityje situacija keičiasi: trumpesni (1550 nm) juda greičiau nei ilgesni (1560 nm). 2.9 pav
2.9 pav. – bangų ilgių sklidimo greičiai
Rodyklės ilgis atitinka bangos ilgių greitį, ilgesnė rodyklė – greitesnį judėjimą.
Tam tikrame spektro taške greičiai sutampa. Šis gryno kvarcinio stiklo sutapimas įvyksta esant nm bangos ilgiui, vadinamam medžiagos nulinės dispersijos bangos ilgiu, nes . Kai bangos ilgis yra mažesnis už nulinės dispersijos bangos ilgį, parametras turi teigiamą reikšmę, kitu atveju jis yra neigiamas. 2.10 pav
Medžiagos dispersiją galima nustatyti pagal specifinę dispersiją pagal išraišką:
.
Vertės specifinė dispersija, , nustatoma eksperimentiniu būdu. Esant skirtingoms OF priedų sudėtims, jos vertės skiriasi priklausomai nuo (2.3 lentelė).
2.3 lentelė. Tipinės konkrečios medžiagos sklaidos vertės
Bangolaidinė (intramode) dispersija –šis terminas reiškia šviesos impulso delsos priklausomybę nuo bangos ilgio, susijusią su jo sklidimo pluošte greičio pokyčiu dėl sklidimo bangolaidžio pobūdžio. Impulso išplėtimas dėl bangolaidžio dispersijos yra panašiai proporcingas šaltinio spinduliuotės spektro pločiui ir apibrėžiamas taip:
,
kur yra specifinė bangolaidžio dispersija, kurios reikšmė pateikta 2.4 lentelėje:
2.4 lentelė
– dėl diferencialinės grupės vėlavimo tarp pluoštų su žemės poliarizacijos būsenomis. Signalo energijos pasiskirstymas skirtingose poliarizacijos būsenose laikui bėgant kinta lėtai, pavyzdžiui, dėl temperatūros pokyčių aplinką, lūžio rodiklio anizotropija, kurią sukelia mechaninės jėgos.
Vienmodė skaiduloje sklinda ne vienas režimas, kaip įprasta manyti, o dvi statmenos pradinio signalo poliarizacijos (modai). Idealiame pluošte šie režimai sklistų tuo pačiu greičiu, tačiau tikrosios skaidulos neturi idealios geometrijos. Pagrindinė PMD priežastis yra pluošto šerdies profilio nekoncentriškumas, atsirandantis pluošto ir kabelio gamybos proceso metu. Dėl to dvi statmenos poliarizacijos dedamosios turi skirtingą sklidimo greitį, o tai lemia dispersiją (2.11 pav.)
2.11 pav
Konkrečios poliarizacijos režimo sklaidos koeficientas yra normalizuotas 1 km ir turi matmenis . Poliarizacijos režimo dispersijos vertė apskaičiuojama pagal formulę:
Dėl mažos vertės į jį reikia atsižvelgti tik vienmodiame šviesolaidyje, be to, kai naudojamas didelės spartos signalo perdavimas (2,5 Gbit / s ir didesnis) su labai siaura 0,1 nm ar mažesnio spektro spinduliuotės juosta. Tokiu atveju chromatinė dispersija tampa panaši į poliarizacijos režimo dispersiją.
Tipiško pluošto specifinis PMD koeficientas, kaip taisyklė, yra 
.
Šviesolaidinės ryšio linijos (FOCL) jau seniai užėmė vieną iš pirmaujančių pozicijų telekomunikacijų rinkoje. Turėdami daugybę pranašumų, palyginti su kitais informacijos perdavimo būdais (vytos poros, bendraašiu kabeliu, belaidžiu ryšiu...), FOCL plačiai naudojami telekomunikacijų tinkluose. skirtingi lygiai, taip pat pramonėje, energetikoje, medicinoje, apsaugos sistemose, didelio našumo skaičiavimo sistemose ir daugelyje kitų sričių.
Informacijos perdavimas FOCL atliekamas per optinį pluoštą (optinį pluoštą). Norint kompetentingai spręsti FOCL naudojimo klausimą, svarbu gerai suprasti, kas yra optinis pluoštas kaip duomenų perdavimo terpė, kokios jo pagrindinės savybės ir charakteristikos, kokios yra optinių skaidulų rūšys. Būtent šiems pagrindiniams šviesolaidinio ryšio teorijos klausimams skirtas šis straipsnis.
Šviesolaidžio struktūra
Optinis pluoštas (pluoštas) yra labai mažo skersmens (panašaus į storį) apskrito skerspjūvio bangolaidis žmogaus plaukai), per kurią perduodama optinio diapazono elektromagnetinė spinduliuotė. Optinės spinduliuotės bangos ilgiai užima elektromagnetinio spektro sritį nuo 100 nm iki 1 mm, tačiau FOCL dažniausiai naudoja artimųjų infraraudonųjų spindulių (IR) diapazoną (760-1600 nm) ir rečiau matomą (380-760 nm). Optinis pluoštas susideda iš šerdies (šerdies) ir optinio apvalkalo, pagaminto iš medžiagų, kurios yra skaidrios optinei spinduliuotei (1 pav.).
Ryžiai. 1. Šviesolaidžio konstrukcija
Dėl šio reiškinio šviesa sklinda per optinį pluoštą visiškas vidinis atspindys. Šerdies lūžio rodiklis, paprastai nuo 1,4 iki 1,5, visada yra šiek tiek didesnis nei optinio apvalkalo lūžio rodiklis (skirtumas apie 1%). Todėl šviesos bangos, sklindančios šerdyje kampu, neviršijančiu tam tikros kritinės vertės, patiria visišką vidinį atspindį nuo optinio apvalkalo (2 pav.). Tai išplaukia iš Snell lūžio dėsnio. Per daugybę pakartotinių atspindžių iš apvalkalo šios bangos sklinda išilgai optinio pluošto.
Ryžiai. 2. Visiškas vidinis atspindys optinėje skaiduloje
Pirmuosiuose optinio ryšio linijos metruose dalis šviesos bangų viena kitą panaikina dėl trukdžių reiškinio. šviesos bangos, kurie ir toliau plinta pluošte dideliais atstumais, vadinami erdviniais modifikacijos optinė spinduliuotė. Režimo samprata aprašyta matematiškai naudojant Maksvelo lygtis elektromagnetinėms bangoms, tačiau optinės spinduliuotės atveju režimai patogiai suprantami kaip leidžiamų šviesos bangų sklidimo trajektorijos (2 pav. pažymėtos juodomis linijomis). Režimo sąvoka yra viena iš pagrindinių šviesolaidinio ryšio teorijoje.
Pagrindinės optinio pluošto savybės
Optinės skaidulos gebėjimas perduoti informacinį signalą aprašomas naudojant daugybę geometrinių ir optinių parametrų bei charakteristikų, iš kurių svarbiausi yra slopinimas ir dispersija.
1. Geometriniai parametrai.
Be šerdies ir apvalkalo skersmenų santykio, didelę reikšmę signalo perdavimo procesui jie taip pat turi kitus geometrinius optinio pluošto parametrus, pavyzdžiui:
- neapvalumas šerdies ir apvalkalo (elipsiškumas), apibrėžiamas kaip didžiausio ir mažiausio šerdies (apvalkalo) skersmenų skirtumas, padalytas iš vardinio spindulio, išreikštas procentais;
- nekoncentriškumas šerdis ir apvalkalas – atstumas tarp šerdies ir apvalkalo centrų (3 pav.).
3 pav. Šerdies ir apvalkalo neapvalumas ir nekoncentriškumas
Geometriniai parametrai yra standartizuoti skirtingi tipai optinio pluošto. Tobulinant gamybos technologiją, galima sumažinti neapvalumo ir nekoncentriškumo reikšmes, todėl pluošto geometrijos netikslumo įtaka jo optinėms savybėms yra nereikšminga.
(NA) – didžiausio šviesos pluošto kritimo į pluošto galą kampo sinusas, kuriam esant tenkinama viso vidinio atspindžio sąlyga (4 pav.). Šis parametras nustato optiniame pluošte sklindančių režimų skaičių. Be to, skaitmeninės diafragmos reikšmė turi įtakos tikslumui, kuriuo optiniai pluoštai turi būti sujungti vienas su kitu ir su kitais linijos komponentais.
4 pav. Skaitmeninė diafragma
3. Lūžio rodiklio profilis.
Lūžio rodiklio profilis yra šerdies lūžio rodiklio priklausomybė nuo jos skersinio spindulio. Jei visuose šerdies skerspjūvio taškuose lūžio rodiklis išlieka toks pat, toks profilis vadinamas žingsniavo . Be kitų profilių, plačiausiai naudojami gradientas profilis, kuriame lūžio rodiklis sklandžiai didėja nuo apvalkalo link ašies (5 pav.). Be šių dviejų pagrindinių, yra ir sudėtingesnių profilių.
Ryžiai. 5. Lūžio rodiklio profiliai
4. Silpnimas (nuostoliai).
slopinimas - yra optinės spinduliuotės galios sumažėjimas, kai ji sklinda per optinį skaidulą (matuojama dB / km). Silpnumas atsiranda dėl įvairių fizikinių procesų, vykstančių medžiagoje, iš kurios pagamintas optinis pluoštas. Pagrindiniai optinio pluošto nuostolių atsiradimo mechanizmai yra absorbcija ir sklaida.
a) Absorbcija . Dėl optinės spinduliuotės sąveikos su šerdies medžiagos dalelėmis (atomais, jonais ...) dalis optinės galios išsiskiria šilumos pavidalu. Išskirti nuosavas perėmimas susiję su pačios medžiagos savybėmis ir priemaišų absorbcija , atsirandantis dėl šviesos bangos sąveikos su įvairiais intarpais, esančiais šerdies medžiagoje (hidroksilo grupėmis OH - , metalo jonais ...).
b) Išsibarstymas šviesa, tai yra nuokrypis nuo pradinės sklidimo trajektorijos, atsiranda esant įvairiems lūžio rodiklio nehomogeniškumui, kurių geometriniai matmenys yra mažesni už spinduliuotės bangos ilgį arba su jais palyginami. Toks nehomogeniškumas yra tiek pluošto struktūros defektų pasekmė ( Mie išsibarstymas ), ir amorfinės (nekristalinės) medžiagos, iš kurios pagamintas pluoštas, savybes ( Rayleigh sklaida ). Reilio sklaida yra pagrindinė medžiagos savybė ir lemia apatinę optinio pluošto slopinimo ribą. Yra ir kitų sklaidos tipų ( Brillouin-Mandelstam, Ramana), kurie rodomi esant didesniam spinduliuotės galios lygiui nei įprastai telekomunikacijose.
Silpninimo koeficientas turi kompleksinę priklausomybę nuo spinduliuotės bangos ilgio. Tokios spektrinės priklausomybės pavyzdys parodytas Fig. 6. Mažo slopinimo bangų ilgių sritis vadinama skaidrumo langas optinio pluošto. Tokių langų gali būti keli, būtent tokiais bangos ilgiais dažniausiai perduodamas informacinis signalas.
Ryžiai. 6. Slopinimo koeficiento spektrinė priklausomybė
Galios praradimą pluošte taip pat lemia įvairūs išoriniai veiksniai. Taigi dėl mechaninių poveikių (lenkimų, įtempimų, skersinių apkrovų) gali būti pažeista visiško vidinio atspindžio sąlyga šerdies ir apvalkalo sąsajoje ir dalis spinduliuotės nutekėjimo iš šerdies. Aplinkos sąlygos (temperatūra, drėgmė, radiacinis fonas...) turi tam tikrą įtaką slopinimo vertei.
Kadangi optinės spinduliuotės imtuvas turi tam tikrą jautrumo slenkstį (minimalią galią, kurią turi turėti signalas, kad duomenys būtų priimti teisingai), slopinimas yra ribojantis veiksnys informacijos perdavimo optiniu pluoštu diapazonui.
5. Dispersijos savybės.
Be atstumo, per kurį spinduliuotė perduodama per optinį skaidulą, svarbus parametras yra informacijos perdavimo greitis. Šviesolaidžiu sklindantys optiniai impulsai laikui bėgant plečiasi. Esant dideliam impulsų pasikartojimo dažniui tam tikru atstumu nuo spinduliuotės šaltinio, gali susidaryti situacija, kai impulsai laikui bėgant pradeda sutapti (tai yra, kitas impulsas ateis į optinio pluošto išvestį prieš pasibaigiant ankstesniam). Šis reiškinys vadinamas tarpsimboliniais trukdžiais (angl. ISI – InterSymbol Interference, žr. 7 pav.). Imtuvas apdoros gautą signalą su klaidomis.
Ryžiai. 7. Impulsų persidengimas, sukeliantis tarpsimbolinius trukdžius: a) įvesties signalas; b) signalas, nuėjęs tam tikrą atstumąL1 virš optinio pluošto; c) signalas, nuėjęs atstumąL2>L1.
Pulso išplėtimas, arba dispersija , lemia šviesos sklidimo fazinio greičio priklausomybė nuo spinduliuotės bangos ilgio, taip pat kiti mechanizmai (1 lentelė).
1 lentelė. Šviesolaidžio dispersijos tipai.
| vardas | Trumpas aprašymas | Parametras |
| 1. Chromatinė dispersija | Bet koks šaltinis skleidžia ne vieną bangos ilgį, o kiek skirtingų bangų ilgių spektrą, kuris sklinda skirtingu greičiu. |
Chromatinės dispersijos koeficientas, ps/(nm*km). Jis gali būti teigiamas (ilgesnio bangos ilgio spektriniai komponentai juda greičiau) ir neigiami (atvirkščiai). Yra nulinis dispersijos bangos ilgis. |
| a) Medžiagos chromatinė dispersija | Susijęs su medžiagos savybėmis (lūžio rodiklio priklausomybė nuo spinduliuotės bangos ilgio) | |
| b) Bangolaidžio chromatinė dispersija | Susijęs su bangolaidžio struktūros buvimu (lūžio rodiklio profilis) | |
| 2. Intermode dispersija | Režimai sklinda skirtingomis trajektorijomis, todėl jų sklidimo laikas vėluoja. |
Pralaidumas ( juostos plotis), MHz*km. Ši reikšmė nustato maksimalų impulsų pasikartojimo dažnį, kai nėra tarp simbolių trukdžių (signalas perduodamas be didelių iškraipymų). Kanalo talpa (Mbit/s) gali skaičiais skirtis nuo pralaidumo (MHz*km), priklausomai nuo informacijos kodavimo metodo. |
| 3. Poliarizacijos režimo dispersija, PMD | Režimas turi du tarpusavyje statmenus komponentus (poliarizacijos režimus), kurie gali sklisti skirtingu greičiu. |
Koeficientas PMD, ps/√km. Laiko vėlavimas dėl PMD, įvertintas 1 km. |
Taigi, dispersija optiniame pluošte neigiamai veikia tiek informacijos perdavimo diapazoną, tiek greitį.
Šviesolaidžių veislės ir klasifikacija
Nagrinėjamos savybės būdingos visoms optinėms skaiduloms. Tačiau aprašyti parametrai ir charakteristikos gali labai skirtis ir turėti skirtingą įtaką apie informacijos perdavimo procesą, priklausomai nuo optinių skaidulų gamybos ypatybių.
Optinių skaidulų padalijimas pagal šiuos kriterijus yra esminis.
- Medžiaga . Pagrindinė medžiaga optinio pluošto šerdies ir apvalkalo gamybai yra įvairių kompozicijų kvarcinis stiklas. Tačiau naudojama daug kitų skaidrių medžiagų, ypač polimerinių junginių.
- Sklidimo režimų skaičius . Priklausomai nuo šerdies ir apvalkalo geometrinių matmenų ir optinio pluošto lūžio rodiklio reikšmės, gali sklisti tik vienas (pagrindinis) arba didelis skaičius erdvinių režimų. Todėl visos optinės skaidulos skirstomos į dvi dideles klases: vienmodę ir daugiamodę (8 pav.).
Ryžiai. 8. Daugiamodis ir vienmodis šviesolaidis
Remiantis šiais veiksniais, galima išskirti keturias pagrindines telekomunikacijose išplitusias optinių skaidulų klases:
- (POF).
- (HCS).
Kiekviena iš šių klasių yra skirta atskiram straipsniui mūsų svetainėje. Kiekviena iš šių klasių taip pat turi savo klasifikaciją.
Optinių skaidulų gamyba
Optinio pluošto gamybos procesas yra labai sudėtingas ir reikalauja didelio tikslumo. Technologinis procesas vyksta dviem etapais: 1) ruošinio, kuris yra pasirinktos medžiagos strypas su suformuotu lūžio rodiklio profiliu, sukūrimas ir 2) pluošto tempimas tempimo bokštelyje kartu su dengimu apsauginis apvalkalas. Yra daugybė skirtingų optinio pluošto ruošinių kūrimo technologijų, kurių kūrimas ir tobulinimas vyksta nuolat.
Praktinis optinio pluošto, kaip informacijos perdavimo terpės, panaudojimas neįmanomas be papildomo grūdinimo ir apsaugos. šviesolaidinis kabelis yra konstrukcija, apimanti vieną ar daug optinių skaidulų, taip pat įvairias apsaugines dangas, laikančius ir armuojančius elementus, drėgmei atsparias medžiagas. Nes didelė įvairovėšviesolaidiniai taikymai Gamintojai gamina labai įvairius šviesolaidinius kabelius, kurie skiriasi konstrukcija, dydžiu, naudojamomis medžiagomis ir kaina (9 pav.).
9 pav. Šviesolaidiniai kabeliai
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 spektrinį spinduliuotės 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 santykį tarp terpės dispersijos ir bangolaidžio dispersijos, galima ne tik perkelti nulinės dispersijos bangos ilgį, bet ir pasirinkti norima forma dispersijos charakteristika, 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, nusakantis 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.
Atskirkite režimų dispersiją, kurią sukelia daug režimų optiniame pluošte ir su ja susijusi chromatinė dispersija sušviesos šaltinių, faktiškai veikiančių tam tikrame bangos ilgių diapazone, nenuoseklumas.
Apsvarstykite šviesos pluošto sklidimą išilgai daugiamodės skaidulos. Šiuo atveju yra du režimai, du spinduliai. Pirmasis tęsiasi išilgai pluošto ašies, o kitas atsispindi nuo terpės sąsajų. Taigi antrojo šviesos pluošto kelias yra didesnis nei pirmojo. Dėl to, sudėjus du elektromagnetinę energiją nešančius pluoštus, lyginamas įstrižas pluoštas su ašiniu pluoštu yra laiko delsa, kuri apskaičiuojama pagal šią formulę:
c- šviesos greitis
l- pluošto ilgis
n 1
,
n 2– šerdies ir apvalkalo lūžio rodikliai
Optinių skaidulų gradiento režimo dispersija, paprastai dviem dydžiais mažesnė nei skaidulų, kurių lūžio rodiklis yra laiptelis. Dėl sklandaus optinio pluošto šerdies lūžio rodiklio pasikeitimo sumažėja antrojo pluošto kelias išilgai pluošto. Taip sumažinant antrąjį laiko delsą, palyginti su pirmuoju spinduliu.
Vienmodžio optinio pluošto režimo dispersija, o ne impulso trukmės padidėjimą lemia chromatinė dispersija, kuri, savo ruožtu, yra padalinta į medžiagą ir bangolaidį.
Medžiagos sklaidos reiškinys vadinamas absoliučia priklausomybe nuo lūžio rodiklio n medžiagos šviesos bangos ilgio ( n =ϕλ()). Bangolaidžio dispersijos koeficientas nustatomas pagal fazės priklausomybę β ir dažnis ( β=ϕ ω() ).
Impulso išplėtimas dėl chromatinės dispersijos apskaičiuojamas pagal formulę:
m– pulso išsiplėtimas dėl medžiagos sklaidos, ps;
τ B– impulso išsiplėtimas dėl bangolaidžio dispersijos, ps;
∆λ
– spinduliuotės šaltinio spektrinis plotis, nm;
M(λ) yra specifinės medžiagos sklaidos koeficientas, ps / nm km;
B(λ)– bangolaidžio sklaidos koeficientas, ps/nm km.
Apsvarstykite medžiagos ir bangolaidžio sklaidos poveikį vienmodiame pluošte. Kaip matyti iš grafiko, medžiagos bangos ilgio dispersijos padidėjimas mažėja, o esant 1,31 m bangos ilgiui jis tampa lygus nuliui. Bangos ilgis šiuo atveju laikomas nulinės dispersijos bangos ilgiu. Tuo pačiu metu daugiau nei 1,31 mikrono dispersija tampa neigiama. Nešališka pluoštų bangolaidžio dispersija yra palyginti maža ir yra teigiamų skaičių diapazone. Kuriant optinio pluošto dispersinį poslinkį, kuris remiasi bangolaidžio komponentu, bandant kompensuoti medžiagos sklaidą į ilgesnius bangos ilgius, ty į trečią skaidrų langą (λ = 1,55 m). Šis poslinkis atliekamas sumažinant šerdies skersmenį, didinant Δ ir naudojant šerdies lūžio rodiklio profilio trikampę formą.
Poliarizuotos šviesos bangai sklindant išilgai optinio pluošto atsiranda poliarizacijos dispersija. Šviesos banga bangų teorijos požiūriu yra nuolat kintantis magnetinio ir elektrinio lauko vektorius, statmenas elektromagnetinių (šviesos) bangų sklidimui. Šviesos bangos pavyzdys gali būti natūrali šviesa, kurios elektrinio vektoriaus kryptis kinta atsitiktinai. Jei spinduliuotė yra monochromatinė ir vektoriai svyruoja pastoviu dažniu, jie gali būti pavaizduoti kaip dviejų tarpusavyje statmenų x ir y komponentų suma. Idealus optinis pluoštas yra izotropinė terpė, kurioje elektromagnetinės savybės visomis kryptimis yra vienodos, pavyzdžiui, lūžio rodikliai. Terpės, turinčios skirtingus lūžio rodiklius dviejose stačiakampėse ašyse x ir y, vadinamos dvejopai laužančiomis. Taigi šiuo atveju pluoštas išlieka vieno režimo, nes du stačiakampiai poliarizuoti režimai turi tą pačią sklidimo konstantą. Bet tai galioja tik idealiam optiniam pluoštui.
Tikrame optiniame pluošte du stačiakampiai poliarizuoti režimai turi neidentiškas sklidimo konstantas, todėl atsiranda laiko delsimas ir optinio impulso išplėtimas.
Pulso išplėtimas dėl poliarizacijos režimo dispersijos (PMD) apskaičiuojamas taip:
Todėl poliarizacijos režimo dispersija pasireiškia tik vienmodiuose optiniuose pluoštuose su netsirkulyarnoy (elipsine) šerdimi ir tam tikromis sąlygomis tampa panaši į chromatines. Todėl gautas dispersinis vienmodis optinis pluoštas nustatomas pagal šią formulę:
Dispersija žymiai apriboja optinių skaidulų pralaidumą. Didžiausias pralaidumas optinėje linijoje 1 km, apskaičiuotas pagal apytikslę formulę:
τ - pulso išsiplėtimas, ps / km.
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 l0. Paprastai nurodomas tam tikras bangos ilgių diapazonas, kurio ribose l0 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 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 Sellmeier formulė: t (l) = A + Bl2 + 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 l0 = (C/B)1/4 yra nulinės dispersijos bangos ilgis, naujasis parametras S0 = 8B yra nulinis dispersijos nuolydis (jo matmuo yra ps/(nm2*km)), o l yra veikimo bangos ilgis, kuriam būdingas nustatoma chromatinė dispersija.
a) daugiamodis gradientinis pluoštas (62,5/125)
b) vienmodis pakopinis pluoštas (SF)
c) vienmodis skaidulinis pluoštas (DSF)
Susijęs straipsnis
Taktiniai prietaisai. trigeriai
Šis darbas yra skirta trigerių vaidmeniui skaitmeniniuose įrenginiuose. Visuose šiuolaikiniuose kompiuteriuose naudojama George'o Boole'o išrasta logika. Tobulėjant elektronikai, atsirado tokia elektroninių technologijų klasė kaip skaitmeninė. Skaitmeninės technologijos apima tokius įrenginius ...
