Chromatická disperzia pozostáva z materiálových a vlnovodných komponentov a vyskytuje sa počas šírenia v jednovidových aj viacvidových vláknach. Najzreteľnejšie sa však prejavuje v jednovidovom vlákne kvôli absencii intermódovej disperzie.
Disperzia materiálu je spôsobená závislosťou indexu lomu vlákna od vlnovej dĺžky. Výraz pre disperziu jednovidového vlákna zahŕňa diferenciálnu závislosť indexu lomu od vlnovej dĺžky.
Disperzia vlnovodu je spôsobená závislosťou koeficientu šírenia vidov od vlnovej dĺžky
kde koeficienty M(l) a N(l) sú špecifické disperzie materiálu a vlnovodu a Dl (nm) je rozšírenie vlnovej dĺžky v dôsledku nekoherencie zdroja žiarenia. Výsledná hodnota špecifického koeficientu chromatickej disperzie je definovaná ako D(l) = M(l) + N(l). Špecifická disperzia má rozmer ps/(nm*km). Ak je koeficient rozptylu vlnovodu vždy väčší ako nula, potom koeficient rozptylu materiálu môže byť kladný alebo záporný. A tu je dôležité, že pri určitej vlnovej dĺžke (približne 1310 ± 10 nm pre stupňovité jednovidové vlákno) dochádza k vzájomnej kompenzácii M(l) a N(l) a výsledná disperzia D(l) zaniká. Vlnová dĺžka, pri ktorej k tomu dochádza, sa nazýva vlnová dĺžka 10 s nulovou disperziou. Zvyčajne je indikovaný určitý rozsah vlnových dĺžok, v rámci ktorého sa 10 môže meniť pre toto konkrétne vlákno.
Corning používa na stanovenie špecifickej chromatickej disperzie nasledujúcu metódu. Časové oneskorenia sa merajú pri šírení krátkych svetelných impulzov vo vlákne s dĺžkou aspoň 1 km. Po vzorkovaní údajov pre niekoľko vlnových dĺžok z interpolačného rozsahu (800-1600 nm pre MMF, 1200-1600 nm pre SF a DSF) sa merania oneskorenia prevzorkujú pri rovnakých vlnových dĺžkach, ale iba na krátkom referenčnom vlákne (dĺžka 2 m ). . Časy oneskorenia získané na ňom sa odpočítajú od zodpovedajúcich časov získaných na dlhom vlákne, aby sa eliminovala systematická zložka chyby.
Pre jednovidové stupňovité a viacvidové gradientové vlákna sa používa empirický Sellmeierov vzorec: t (l) = A + Bl2 + Cl-2. Koeficienty A, B, C sú nastaviteľné a sú zvolené tak, aby experimentálne body lepšie sedeli na krivke t (l). Potom sa špecifická chromatická disperzia vypočíta podľa vzorca:
kde l0 = (C/B)1/4 je vlnová dĺžka nulovej disperzie, nový parameter S0 = 8B je strmosť nulovej disperzie (jeho rozmer je ps/(nm2*km)) a l je prevádzková vlnová dĺžka, pre ktorú je špecifická určuje sa chromatická disperzia.
a) multimódové gradientové vlákno (62,5/125)
b) jednovidové stupňovité vlákno (SF)
c) jednovidové vlákno s posunom disperzie (DSF)
Súvisiaci článok
Taktické zariadenia. spúšťače
Táto práca je venovaná úvahám o úlohe spúšťačov v digitálnych zariadeniach. Všetky moderné počítače používajú logický systém, ktorý vynašiel George Boole. S rozvojom elektroniky sa objavila taká trieda elektronických technológií, ako je digitálna. Digitálna technológia zahŕňa takéto zariadenia...
3.3 OPTICKÉ VLÁKNO
V optickom vlákne existujú štyri hlavné javy, ktoré obmedzujú výkon WDM systémov – sú to chromatická disperzia, polarizačná vidová disperzia prvého a druhého rádu a nelineárne optické efekty.
3.3.1 Chromatická disperzia
Dôležitou optickou charakteristikou skla používaného pri výrobe vlákien je disperzia indexu lomu, ktorá sa prejavuje v závislosti rýchlosti šírenia signálu od vlnovej dĺžky - disperzie materiálu. Okrem toho pri výrobe jednovidového vlákna, keď sa kremenné vlákno vyťahuje zo skleneného predlisku, dochádza do určitej miery k odchýlkam v geometrii vlákna a v profile radiálneho indexu lomu. Samotná geometria vlákna spolu s odchýlkami od ideálneho profilu tiež výrazne prispieva k závislosti rýchlosti šírenia signálu od vlnovej dĺžky, ide o vlnovodnú disperziu.
Kombinovaný účinok disperzie materiálu a vlnovodu sa nazýva chromatická disperzia vlákna, obr. 3.16.
Obr.3.16 Závislosť chromatickej disperzie od vlnovej dĺžky
Fenomén chromatickej disperzie sa oslabuje so znižovaním spektrálnej šírky laserového žiarenia. Aj keby bolo možné použiť ideálny zdroj monochromatického žiarenia s nulovou generačnou šírkou čiary, tak po modulácii informačným signálom by sa signál spektrálne rozšíril a čím väčšie rozšírenie, tým väčšia modulačná rýchlosť. K spektrálnemu rozšíreniu žiarenia vedú aj ďalšie faktory, z ktorých sa dá odlíšiť cvrlikanie zdroja žiarenia.
Pôvodný kanál teda nie je reprezentovaný jednou vlnovou dĺžkou, ale skupinou vlnových dĺžok v úzkom spektrálnom rozsahu - vlnovým paketom. Pretože sa rôzne vlnové dĺžky šíria rôznymi rýchlosťami (alebo presnejšie rôznymi skupinovými rýchlosťami), optický impulz, ktorý má na vstupe komunikačného vedenia striktne obdĺžnikový tvar, sa bude pri prechode cez vlákno stále viac rozširovať. Pri dlhom čase šírenia vo vlákne sa tento impulz môže miešať so susednými impulzmi, čo sťažuje ich presnú rekonštrukciu. S nárastom prenosovej rýchlosti a dĺžky komunikačnej linky sa zvyšuje vplyv chromatickej disperzie.
Chromatická disperzia, ako už bolo spomenuté, závisí od materiálu a komponentov vlnovodu. Pri určitej vlnovej dĺžke λ o chromatická disperzia zaniká - táto vlnová dĺžka sa nazýva vlnová dĺžka nulovej disperzie.
Jednovidové kremičité vlákno so stupňovitým indexom má nulovú disperziu pri vlnovej dĺžke 1310 nm. Takéto vlákno sa často označuje ako disperzne neposunuté vlákno.
Disperzia vlnovodu je primárne určená profilom indexu lomu jadra vlákna a vnútorného plášťa. Vo vlákne s komplexným profilom indexu lomu možno zmenou pomeru medzi disperziou prostredia a disperziou vlnovodu nielen posúvať vlnovú dĺžku s nulovým rozptylom, ale aj zvoliť požadovaný tvar disperznej charakteristiky, t.j. tvar závislosti disperzie od vlnovej dĺžky.
Tvar disperznej charakteristiky je kľúčový pre WDM systémy, najmä cez disperzne posunuté vlákno (Rec. ITU-T G.653).
Okrem parametra λ o sa používa parameter S o, ktorý popisuje strmosť disperznej charakteristiky pri vlnovej dĺžke λ o, obr. 3.17. Vo všeobecnosti je sklon pri iných vlnových dĺžkach odlišný od sklonu pri vlnovej dĺžke λ o. Aktuálna hodnota sklonu S o určuje lineárnu zložku disperzie v okolí λ o.
Ryža. 3.17 Hlavné parametre závislosti chromatickej disperzie od vlnovej dĺžky: λ o - vlnová dĺžka nulovej disperzie a S o - strmosť disperznej charakteristiky v bode nulovej disperzie.
Chromatická disperzia τchr(zvyčajne merané v ps) možno vypočítať pomocou vzorca
τ chr = D(λ) ∆τ L,
kde D(λ)- koeficient chromatickej disperzie (ps/(nm*km)) a L- dĺžka komunikačného vedenia (km). Všimnite si, že tento vzorec nie je presný v prípade ultraúzkopásmových zdrojov žiarenia.
Na obr. 3.18 samostatne ukazuje závislosti disperzie vlnovodu pre vlákno s neposunutou (1) a posunutou (2) disperziou a disperziou materiálu na vlnovej dĺžke.
Ryža. 3.18 Závislosť disperzie na vlnovej dĺžke (chromatická disperzia je definovaná ako súčet disperzií materiálu a vlnovodu.)
Chromatická disperzia prenosového systému je citlivá na:
zvýšenie dĺžky a počtu úsekov komunikačnej linky;
zvýšenie prenosovej rýchlosti (pretože sa zväčšuje efektívna šírka linky generovania zdroja).
Je menej ovplyvnená:
zníženie frekvenčného intervalu medzi kanálmi;
zvýšenie počtu kanálov.
Chromatická disperzia klesá s:
zníženie absolútnej hodnoty chromatickej disperzie vlákna;
kompenzácia rozptylu.
V systémoch WDM s konvenčným štandardným vláknom (Rec. ITU-T G.652) by sa mala venovať zvláštna pozornosť chromatickej disperzii, pretože je veľká v oblasti vlnovej dĺžky 1550 nm.
Všeobecné ustanovenia
Disperzia optického vlákna je časový rozptyl spektrálnych alebo vidových zložiek optického signálu. Hlavným dôvodom rozptylu sú rôzne rýchlosti šírenia jednotlivých zložiek optického signálu. Disperzia sa prejavuje ako rozšírenie, predĺženie trvania šírenia cez vlákno
optické impulzy.
Vo všeobecnom prípade je indikovaná hodnota rozšírenia optického impulzu ∆δ určená priamo hodnotami strednej odmocniny trvania pri vysielacom δin a δout, v tomto poradí:
Disperzia zase vytvára presluchy, vedie k medzisymbolovému rušeniu a tým k chybám v príjme signálu, čo obmedzuje prenosovú rýchlosť v linke, alebo inými slovami, dĺžku úseku regenerácie (RU).
Intermódová disperzia
Intermódová disperzia je charakteristická len pre multimódové optické vlákna. Vzniká v multimódových vláknach v dôsledku prítomnosti väčšieho počtu vidov s rôznou dobou šírenia a rôznou dĺžkou dráhy, ktorú jednotlivé vidy prechádzajú v jadre vlákna (obr. 1.10 - 1.11).
Šírka pásma typických gradientných multimódových optických vlákien je charakterizovaná širokopásmovým faktorom ∆F, MHz-km, ktorého hodnota je uvedená v pasových údajoch pri vlnových dĺžkach zodpovedajúcich prvému a druhému okienku priehľadnosti. Typické šírky pásma typických multimódových optických vlákien sú 400...2000 MHz-km.
Implementácia vysokorýchlostného multimódového FOL vyžaduje použitie jednovidových laserov ako zdrojov žiarenia pre optoelektronické moduly OSB, ktoré poskytujú rýchlosť prenosu dát viac ako 622 Mbps (STM-4). Na druhej strane, hlavným faktorom skreslenia optických signálov jednovidových OSB šíriacich sa vláknami multimódových FOL už nie je multimódová disperzia, ale diferenciálne oneskorenie režimu (DMD). DMD má náhodný charakter a závisí priamo od parametrov konkrétneho páru zdroj-vlákno, ako aj od podmienok pre zavedenie žiarenia z laserového výstupu do lineárnej dráhy multimódového FOL. Preto sú v pasových údajoch pre nový typ multimódových optických vlákien - vlákna optimalizované pre prevádzku s lasermi - okrem hodnôt širokopásmového koeficientu, ktorý umožňuje odhadnúť intermodový rozptyl pri prenose signálov multimódového SOS cez multimode FOTL, sú uvedené aj ďalšie informácie získané ako výsledok meraní DMD v procese.výroba vlákna, ako napríklad dĺžkový limit ESC gigabitového Ethernetu s jedným režimom SCE.
Je zrejmé, že intermodová disperzia sa neobjavuje v jednovidových optických vláknach. Jedným z hlavných faktorov skreslenia signálov šíriacich sa cez jednovidové optické vlákna je chromatická a polarizačná vidová disperzia.
Chromatická disperzia
Chromatická disperzia Dch je spôsobená konečnou šírkou spektra laserového žiarenia a rozdielom v rýchlostiach šírených jednotlivými spektrálnymi zložkami optického signálu. Chromatická disperzia sa skladá z materiálu a vlnovodu a prejavuje sa v jednovidových aj multimódových optických vláknach:
Disperzia materiálu
Disperzia materiálu Dmat je určená disperznými charakteristikami materiálov, z ktorých je vyrobené jadro optického vlákna - kremeň a dopanty. Spektrálna závislosť indexu lomu materiálu jadra a plášťa (obrázok 1.24) spôsobuje zmeny s vlnovou dĺžkou a rýchlosťou šírenia.
Pomerne často je táto závislosť opísaná známou Sellmeierovou rovnicou, ktorá má nasledujúci tvar:
(1.28)
Kde Aj a Bj sú Sellmeirove koeficienty zodpovedajúce danému typu materiálu, dopantu a jeho koncentrácii.
Ryža. 1.24. Spektrálna závislosť indexu lomu čistého kremeňa (plná krivka) a kremeňa dopovaného 13,5 % germánia (prerušovaná krivka)
Je zrejmé, že túto charakteristiku pre kremenné vlákna možno považovať za nezmenenú. Rozptyl materiálu je charakterizovaný koeficientom Dmat ps/(nmkm), ktorý je určený zo známeho vzťahu:
 |
Ako príklad na obr. 1.25 ukazuje spektrálne charakteristiky materiálových disperzných koeficientov čistého kremeňa a kremeňa dopovaného 13,5 % germánia.
Je zrejmé, že charakter prejavu disperzie materiálu závisí nielen od šírky spektra žiarenia zdroja, ale aj od jeho centrálnej prevádzkovej vlnovej dĺžky. Takže napríklad v oblasti tretieho okna priehľadnosti λ=1550 nm sa kratšie vlny šíria rýchlejšie ako dlhšie a disperzia materiálu je väčšia ako nula (Dmat>0). Tento rozsah sa nazýva oblasť normálnej alebo pozitívnej disperzie (obr. 1.26 (b)).
Naopak, v oblasti prvého priesvitného okna λ=850 nm sa dlhšie vlny šíria rýchlejšie ako kratšie a rozptyl materiálu zodpovedá zápornej hodnote (Dmat<0) Данный диапазон называется областью аномальной или отрицательной дисперсии (рис. 1.26 (в)).
Ryža. 1.26. Chromatická disperzia: (a) impulz na vstupe FOL; b) normálne
disperzia; (c) anomálna disperzia; d) oblasť s nulovým rozptylom.
V určitom bode spektra, ktorý sa nazýva bod nulovej disperzie materiálu λ0, nastáva koincidencia, pričom krátke aj dlhé vlny sa šíria rovnakou rýchlosťou (obr. 1.26 (d)). Takže napríklad pre čistý kremeň SiO2 bod nulovej disperzie materiálu zodpovedá vlnovej dĺžke 1280 nm (obr. 1.25).
Spolu s koeficientom útlmu OF je najdôležitejším parametrom rozptyl, ktorý určuje jeho šírku pásma pre prenos informácií.
Rozptyl - ide o časový rozptyl spektrálnych a vidových zložiek optického optického signálu, ktorý vedie k predĺženiu trvania impulzu optického žiarenia pri jeho šírení pozdĺž OF.
Rozšírenie impulzu je definované ako kvadratický rozdiel medzi trvaním impulzu na výstupe a vstupe optického vlákna pomocou vzorca:
navyše hodnoty a sú brané na úrovni polovice amplitúdy impulzov (obrázok 2.8).
Obrázok 2.8
Obrázok 2.8 - Rozšírenie impulzu v dôsledku disperzie
Disperzia vzniká z dvoch dôvodov: nekoherentnosť zdrojov žiarenia a existencia veľkého počtu módov. Rozptyl spôsobený prvou príčinou sa nazýva chromatický (frekvencia). , pozostáva z dvoch zložiek – materiálovej a vlnovodnej (intramódovej) disperzie. Materiálová disperzia je spôsobená závislosťou indexu lomu od vlnovej dĺžky, vlnovodová disperzia je spojená so závislosťou koeficientu šírenia od vlnovej dĺžky.
Rozptyl spôsobený druhou príčinou sa nazýva modálny (intermód).
Modálna disperzia je charakteristický len pre multimódové vlákna a je spôsobený rozdielom v čase, ktorý režimy potrebujú na prechod cez optické vlákno od jeho vstupu k výstupu. AT OF so stupňovitým profilom indexu lomu rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn s vlnovou dĺžkou je rovnaká a rovná sa: , kde C je rýchlosť svetla. V tomto prípade sa všetky lúče dopadajúce na koniec vlákna pod uhlom k osi v rámci uhla apertúry šíria v jadre vlákna pozdĺž svojich kľukatých čiar a pri rovnakej rýchlosti šírenia dopadajú na prijímací koniec v rôznych časoch, čo vedie k zvýšenie trvania prijatého impulzu. Keďže minimálny čas šírenia optického lúča nastáva, keď dopadá lúč , a maximálny, keď , potom môžeme písať:
kde L je dĺžka vlákna;
Index lomu jadra vlákna;
C je rýchlosť svetla vo vákuu.
Potom sa hodnota intermodovej disperzie rovná:
Vidová disperzia gradientových OF rádovo alebo viac nižšie ako u stupňovitých vlákien. Je to spôsobené tým, že v dôsledku poklesu indexu lomu od osi OF k plášťu sa rýchlosť šírenia lúčov pozdĺž ich trajektórie mení. Takže na trajektóriách blízko osi je menšia a vzdialenejšia. Lúče šíriace sa po najkratších dráhach (bližšie k osi) majú nižšiu rýchlosť a lúče šíriace sa po dlhších dráhach majú väčšiu rýchlosť. V dôsledku toho sa doba šírenia lúčov vyrovná a predĺženie trvania impulzu sa zníži. Pri parabolickom profile indexu lomu, keď je exponent profilu q=2, je modálna disperzia daná vzťahom:
Modálna disperzia gradientu OF je niekoľkonásobne menšia ako u stupňovitého pre rovnaké hodnoty . A keďže zvyčajne , potom sa modálny rozptyl uvedených optických vlákien môže líšiť o dva rády.
Pri výpočte modálnej disperzie treba mať na pamäti, že do určitej dĺžky vedenia, nazývanej dĺžka modovej väzby, nedochádza k intermódovej väzbe a potom pri , dochádza k procesu vzájomnej konverzie vidov a dochádza k ustálenému stavu. Preto pri , sa disperzia zvyšuje podľa lineárneho zákona a potom v - podľa kvadratického zákona.
Vyššie uvedené vzorce teda platia len pre dĺžku . Pre dĺžky čiar by sa mali použiť tieto vzorce:
- pre stupňovitý svetlovod
- pre gradientný svetlovod,
kde je dĺžka čiary;
Dĺžka spojenia režimu (ustálený stav) sa rovná km pre stupňovité vlákno a km pre gradientové vlákno (stanovené empiricky).
Disperzia materiálu závisí od frekvencie (alebo od vlnovej dĺžky) a materiálu OF, ktorým sa spravidla používa kremenné sklo. Disperzia je určená elektromagnetickou interakciou vlny s viazanými elektrónmi materiálu média, ktorá má spravidla nelineárnu (rezonančnú) povahu.
Výskyt disperzie v materiáli svetlovodu aj pri jednovidových vláknach je spôsobený tým, že optický zdroj, ktorý budí vlákno (svetelná dióda - LED alebo PPL polovodičový laser) generuje svetelné žiarenie s kontinuálnym vlnové spektrum určitej šírky (u LED je to cca nm, u multimódových PPL - nm , u jednovidových laserových diód nm). Rôzne spektrálne zložky svetelného žiarenia sa šíria rôznou rýchlosťou a dostávajú sa do určitého bodu v rôznom čase, čo vedie k rozšíreniu impulzu na prijímacom konci a za určitých podmienok k skresleniu jeho tvaru. Index lomu sa mení s vlnovou dĺžkou (frekvenciou), pričom úroveň rozptylu závisí od rozsahu vlnových dĺžok svetla vstrekovaného do vlákna (zvyčajne zdroj vyžaruje viacero vlnových dĺžok), ako aj od strednej prevádzkovej vlnovej dĺžky zdroja. V oblasti I priehľadného okna sa dlhšie vlnové dĺžky (850 nm) pohybujú rýchlejšie v porovnaní s kratšími vlnovými dĺžkami (845 nm). V oblasti III priehľadného okna sa situácia mení: kratšie (1550 nm) sa pohybujú rýchlejšie ako dlhšie (1560 nm). Obrázok 2.9
Obrázok 2.9 - Rýchlosti šírenia vlnových dĺžok
Dĺžka šípok zodpovedá rýchlosti vlnových dĺžok, dlhšia šípka zodpovedá rýchlejšiemu pohybu.
V určitom bode spektra sa rýchlosti zhodujú. Táto zhoda v čistom kremennom skle nastáva pri vlnovej dĺžke nm, ktorá sa nazýva vlnová dĺžka nulovej disperzie materiálu, keďže . Pri vlnovej dĺžke pod vlnovou dĺžkou nulovej disperzie má parameter kladnú hodnotu, inak je záporný. Obrázok 2.10
Disperzia materiálu môže byť určená prostredníctvom špecifického rozptylu výrazom:
.
Hodnotovo špecifická disperzia, , je určená experimentálne. S rôznym zložením dopantov v OF má rôzne hodnoty v závislosti od (tabuľka 2.3).
Tabuľka 2.3 - Typické hodnoty rozptylu špecifického materiálu
Vlnovodná (vnútromódová) disperzia – tento pojem označuje závislosť oneskorenia svetelného impulzu od vlnovej dĺžky, spojenú so zmenou rýchlosti jeho šírenia vo vlákne v dôsledku vlnovodného charakteru šírenia. Rozšírenie impulzu v dôsledku rozptylu vlnovodu je podobne úmerné šírke spektra žiarenia zdroja a je definované ako:
,
kde je špecifická disperzia vlnovodu, ktorej hodnota je uvedená v tabuľke 2.4:
Tabuľka 2.4
– kvôli rozdielovému skupinovému oneskoreniu medzi lúčmi so stavmi zemnej polarizácie. Rozloženie energie signálu v rôznych polarizačných stavoch sa mení pomaly s časom, napríklad v dôsledku zmien okolitej teploty, anizotropie indexu lomu spôsobenej mechanickými silami.
V jednovidovom vlákne sa nešíri jeden vid, ako sa bežne verí, ale dve kolmé polarizácie (módy) pôvodného signálu. V ideálnom vlákne by sa tieto módy šírili rovnakou rýchlosťou, ale skutočné vlákna nemajú ideálnu geometriu. Hlavnou príčinou PMD je nesústrednosť profilu jadra vlákna, ku ktorej dochádza počas procesu výroby vlákien a káblov. Výsledkom je, že dve kolmé polarizačné zložky majú rôzne rýchlosti šírenia, čo vedie k disperzii (obrázok 2.11)
Obrázok 2.11
Koeficient špecifického rozptylu polarizačného režimu je normalizovaný na 1 km a má rozmer . Hodnota rozptylu polarizačného režimu sa vypočíta podľa vzorca:
Vzhľadom na jeho malú hodnotu ho treba brať do úvahy výlučne pri single-mode vlákne, navyše, keď sa používa vysokorýchlostný prenos signálu (2,5 Gbit/s a vyšší) s veľmi úzkym spektrálnym emisným pásmom 0,1 nm alebo menej. V tomto prípade sa chromatická disperzia stáva porovnateľnou s polarizačnou vidovou disperziou.
Špecifický koeficient PMD typického vlákna je spravidla 
.
Chromatická disperzia
Slovo „chromatický“ naznačuje, že tento druh disperzie je spojený s farbou alebo má s ňou niečo spoločné. S ohľadom na túto skutočnosť si môžete myslieť, že chromatická disperzia by mala znamenať šírenie alebo rozptýlenie farby. V tomto prípade by ste neboli ďaleko od pravdy. Akýkoľvek svetelný impulz, nech je laser akokoľvek jemne vyladený, obsahuje celé spektrum vĺn s rôznymi frekvenciami, ktoré by sme v prípade viditeľného rozsahu nazvali rôznymi farbami. Tieto lúče sa budú šíriť pozdĺž optického kábla rôznymi rýchlosťami, pretože odpor látky, ktorý zažívajú, ktorý je vyjadrený pomocou indexu lomu R, sa ukazuje byť odlišný pre vlny rôznych vlnových dĺžok. Čím dlhšia je vlnová dĺžka, tým väčšia je hodnota R. Výsledkom toho všetkého je, že ako sa signál šíri po kábli, vlnový paket sa šíri. Pri dostatočne veľkom šírení vlnového paketu sa signál stáva nečitateľným.
Pri určitej vlnovej dĺžke sa tieto dva faktory – disperzia v látke a disperzia vo vlákne – navzájom rušia. A tá vlnová dĺžka, uhádli ste, je 1310 nm. Presuňte sa na túto vlnovú dĺžku a rozptyl bude minimalizovaný.
Chromatická disperzia pozostáva z materiálových a vlnovodných komponentov a vyskytuje sa počas šírenia v jednovidových aj viacvidových vláknach. Najzreteľnejšie sa však prejavuje v jednovidovom vlákne kvôli absencii intermódovej disperzie.
Disperzia materiálu
Disperzia materiálu (DM) je spôsobená rôznymi vlnovými dĺžkami prechádzajúcimi cez určité materiály rôznymi rýchlosťami.
Vzťah, ktorý určuje index lomu, je známy:
kde c je rýchlosť svetla vo vákuu a v je rýchlosť skúmanej vlny v danom materiáli. Samozrejme, materiálom, ktorý nás zaujíma, je kremenné sklo (SiO2). Problém je v tom, že každá vlna sa v danom materiáli šíri mierne odlišnou rýchlosťou.
Vlnová dĺžka s nulovou disperziou pre optické vlákna tiež závisí od priemeru jadra a príspevku kroku D indexu lomu v priereze vlnovodu k celkovej disperzii.
Treba poznamenať, že disperzia vlnovodu posúva vlnovú dĺžku nulovej disperzie o 30-40 nm, takže celková disperzia je nulová okolo 1310 nm pre priemyselné vlákna.
Disperzia materiálu je hlavnou zložkou disperzie v jednovidových vláknových systémoch. Pre viacvidové systémy vlákien je príspevok disperzie materiálu k celkovej disperzii v skutočnosti zanedbateľný. Kľúčom je tu modálna disperzia.
Počas vývoja FOTS bola prevádzka pri vlnovej dĺžke blízko nulovej disperzie veľmi atraktívna. Systémy s nižšími rýchlosťami však pracovali v pásme transparentnosti 1550 nm, kde bola strata na kilometer kábla minimálna. Bolo by skvelé, keby sme mohli presunúť oblasť nulovej disperzie do pásma transparentnosti 1550 nm.
Disperzia vlnovodu
Disperzia vlnovodu je spôsobená procesmi v režime. Je charakterizovaná závislosťou koeficientu šírenia vidov od vlnovej dĺžky r = w(l). Ako neoddeliteľná súčasť chromatickej disperzie (rovnako ako materiálovej disperzie) závisí rozptyl vlnovodu od šírky prenášaného frekvenčného spektra.
Špecifická disperzia vlnovodu, podobne ako disperzia špecifického materiálu, je vyjadrená v pikosekundách na kilometer dĺžky vlákna a na nanometer spektrálnej šírky (tabuľka 1).
Tabuľka 1 - Špecifická disperzia vlnovodu
V blízkosti vlnovej dĺžky l? 1,35 µm dochádza k vzájomnej kompenzácii rozptylu materiálu a vlnovodu. Z tohto dôvodu je 1,3 µm vlna široko používaná pri prenose cez jednovidové vlákna, ale 1,55 µm vlna je výhodnejšia z hľadiska útlmu. Preto, aby sa dosiahla minimálna disperzia, je potrebné meniť profil indexu lomu a priemer jadra. S komplexným trojvrstvovým profilom indexu lomu je tiež možné získať minimum disperzných skreslení pri vlnovej dĺžke 1,55 μm.
Polarizovaná modálna disperzia
Disperzia polarizačného vidu (PMD) môže byť vysvetlená nasledovne. V jednovidovom OF sa v skutočnosti nemôže šíriť jeden mód, ale dva základné módy - dve kolmé polarizácie pôvodného signálu (dve ortogonálne polarizované vlny LP 01). V ideálnom vlákne rovnomernom v geometrii sa šíria rovnakou rýchlosťou. Skutočné OOV však majú neideálne geometrické parametre aj pri vonkajších vplyvoch na nich v kábli, čo vedie k rôznym rýchlostiam šírenia týchto dvoch režimov s rôznymi stavmi polarizácie a v dôsledku toho k vzniku PMD. PMD teda vzniká ako výsledok oneskorenia šírenia ortogonálne polarizovaných svetelných vĺn v OBF s oválnym (nekruhovým) profilom jadra.
Obrázok 8 - Vzhľad rozptylu polarizačných vidov
Disperzia polarizačného vidu sa zvyšuje s rastúcou vzdialenosťou podľa zákona:
f pmd =k pmd (11)
kde k pmd je koeficient špecifickej polarizačnej disperzie, ktorý je normalizovaný na 1 km.
Za normálnych podmienok prevádzky OFB je rozptyl polarizačného vidu malý, a preto ho možno pri výpočtoch celkového rozptylu zanedbať. Polarizačná vidová disperzia sa prejavuje výlučne v jednovidových optických vláknach s eliptickým (nekruhovým) jadrom a za určitých podmienok sa stáva úmernou chromatickej disperzii. Tieto podmienky nastávajú, keď sa používa širokopásmový prenos signálu (2,5 Gbps alebo viac) s veľmi úzkou emisnou čiarou 0,1 nm alebo menej. Problém oneskorenia polarizačného režimu vzniká napríklad pri diskusiách o projektoch výstavby superdiaľníc (>100 Gbit/s) v mestskom meradle.
