Влияние дисперсии на параметры проектируемой ВОЛС

3. Влияние дисперсии на параметры проектируемой ВОЛС

Под дисперсией в оптике понимают зависимость фазовой скорости световых волн v_ф от частоты. Это же относится и к показателю преломления n₂ - n₁ = n (w).

В этом смысле дисперсия в объемной среде единственна и носит в оптике название хроматической дисперсии, подчеркивая факт разложения света на составляющие в хроматический спектр. Дисперсия называется нормальной (или положительной), если n увеличивается с увеличением частоты w, и аномальной (или отрицательной), если п уменьшается с увеличением w. Зависимость фазовой скорости от w (или л) для нормальной и аномальной дисперсий обратная.

Понятие "дисперсия" в световоде уже не единственно и приходится различать три ее вида:

-модовая дисперсия - дисперсия, существующая только в многомодовом волокне и вызванная различной скоростью распространения в световоде лучей разных мод, достигающих определенного сечения ОВ (выхода) в разное время, что приводит к уширению входного импульса на выходе;

-материальная дисперсия - дисперсия собственно материала световода, существующая независимо от типа волокна (ММ или ОМ) и отличающаяся от хроматической дисперсии только тем, что она соответствует волноводной (а не объемной) среде;

-волноводная дисперсия - дисперсия, существующая в так называемой волноводной cpeде, сформированной по меньшей мере двумя физическими средами (в нашем случае сердцевиной и оболочкой).

Модовая дисперсия.

Этот тип дисперсии может быть уменьшен двумя путями:

-уменьшением диаметра сердцевины d_c ;

-изменением профиля показателя преломления, т.е. использованием многомодового волокна с плавно изменяемым показателем преломления. В настоящее время многомодовые волокна такого типа используются достаточно широко.

Материальная дисперсия.

Материальная дисперсии, или дисперсия материала, зависит (для прозрачного материала) от частоты w (или длины волны л) и материала ОВ, в качестве которого, как правило, используется кварцевое стекло. Дисперсия определяется электромагнитным взаимодействием волны со связанными электронами материала среды, которое носит, как правило, нелинейный (резонансный) характер и только вдали от резонансов может быть описано с приемлемой точностью, например уравнением Селлмейера :

n²(w)= 1+∑R_jw²_j(w²_j – w²), (3.1)

где w_j - резонансные частоты, R_j - величина j-го резонанса, а суммирование по j для объемного кварцевого стекла ведется по первым трем резонансам.

Возникновение дисперсии в материале световода даже для одномодовых волокон обусловлено тем, что оптический источник, возбуждающий вход (светоизлучающий диод - СИД или лазерный диод - ЛД), формирует световые импульсы, имеющие непрерывный волновой спектр определенной ширины (например, для СИД это примерно 35-60 нм, для многомодовых ЛД (ММЛД) - 2-5 нм, для одномодовых ЛД (ОМЛД) - 0,01-0,02 нм. Различные спектральные компоненты импульса распространяются с разными скоростями и приходят в определенную точку (фазу формирования огибающей импульса) в разное время, приводя к уширению импульса на выходе и, при определенных условиях, к искажению его формы.

Для описания дисперсии в световоде используется разложение постоянной распространения моды в в ряд Тейлора в окрестности несущей частоты w₀. Линейный член этого разложения, или параметр в₁, характеризует групповую скорость движения огибающей импульса v_г = с/п_г (здесь п_г - групповой показатель преломления), а квадратичный член, или параметр в₂ характеризует собственно дисперсию групповых скоростей - ДГС в волокне, имеющую размерность [пс²/км]. Она и определяет уширение импульса. Интересно отметить, что в диапазоне длин волн 1500-1600 нм /?2 почти линейно уменьшается от +70 до -40 [пс²/км], см. рис. 9-4, принимая нулевое значение на длине волны примерно 1270 нм. Эта длина волны л_0d называется длиной волны нулевой дисперсии для объемной среды. Для оптоволокна эта длина волны сдвигается до значения порядка 1312 нм (см. ниже), чем и объясняется использование источников излучения 1310 нм для одномодового ОВ. Для одномодового кварцевого волокна ДГС положительна для л<1312 нм и отрицательна для л >1312 нм, а в окрестности л=1312 нм она нулевая.

Из описанного ясно, что для уменьшения материальной дисперсии нужно, с одной стороны, переходить при выборе источников от оптических источников типа СИД к ЛД, а при выборе волокна от ММ к ОМ волокну. С другой стороны, необходимо переходить от источников с длинами волн порядка 850 нм к длинам волн порядка 1310 нм для использования эффекта нулевой дисперсии. Эти естественные "теоретические" соображения, не могут, однако, служить в качестве однозначной практической рекомендации. Так для ЛВС может оказаться более предпочтительным использовать СИД на длине волны 850 нм, работающий на ММ волокно.

Волноводная дисперсия.

Дисперсия реальных световодов отличается от дисперсии объемной среды наличием волноводной структуры, изменяющей эффективный показатель преломления моды. В результате появляется особая волноводная составляющая дисперсии, которая складывается определенным образом с дисперсией материала, формируя результирующую дисперсию. Вклад волноводной дисперсии зависит от радиуса сердцевины, разности показателей преломления сердцевины и оболочки и числа оболочек. Для описания дисперсии в световоде с учетом ее волноводной составляющей вместо параметра в₂ используется дисперсионный параметр D:

D = -рc в₂ / л²

В избежание путаницы, возникающей при чтении различных публикаций, нужно помнить, что для оптических волокон в справочниках в качестве дисперсионной характеристики приводят зависимость от л именно этого параметра D, имеющего размерность [пс/км/нм], а не [пс²/км], и знак противоположный знаку дисперсии групповых скоростей в₂. Поэтому и наклон зависимости дисперсионного параметра D от л , называемый часто наклоном ненулевой дисперсии, будет положительным (а не отрицательным). А фразы в публикациях "в области положительных (или отрицательных) дисперсий" могут на самом деле иметь обратный смысл, так как дисперсия, по определению, положительна при положительном в₂ (т.е. отрицательном, а не положительном, D). Эти фразы правильны, если иметь ввиду, что под дисперсией фактически понимается дисперсионный параметр D.

Действие волноводной составляющей дисперсии сдвигает длину волны нулевой дисперсии до величины л_0d -1312 нм (рис. 3.2, кривая 1). Этот факт используется при выборе длины волны источника (1310 нм) для работы с одномодовыми ОВ. Используя несколько слоев оболочки (и тем самым изменяя параметры волноводного тракта), можно сдвинуть длину волны нулевой дисперсии в диапазон 1500-1600 нм. Для этого оказалось достаточным использовать две оболочки (рис.3.2, кривая 2) - этот тип оптоволокна получил название - оптоволокна со сдвигом дисперсии (DSF). Используя многослойную оболочку (рис.3.2, кривая 3 - оболочка имеет 4 слоя), можно добиться почти плоской и близкой к нулевой дисперсионной характеристики (D≤ 1-6 пс/км/нм) в диапазоне длин волн от 1300 до 1650 нм. Этот тип оптоволокна получил название – волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF), который может с успехом использоваться в синхронных оптических системах SDH с мультиплексированием по длинам волн.

Рисунок 3.2 Зависимость дисперсии волокна D от длины волны волны и числа оболочек: SC – одна оболочка, DC – две оболочки, QS - четыре оболочки.

Похожие работы

Широкополосные беспроводные сети передачи информации

Скачать

68001

6

10

... среде передачи. Радиосети оказываются практически беззащитными, если не применять специальных средств, аппаратных или программных средств защиты информации (ЗИ). Попытаемся открыть основные моменты, от которых в конечном итоге зависит безопасности в беспроводных сетях передачи данных (БСПД). В настоящее время практически везде ведутся исследования по двум направлениям. Первое направление можно ...

Анализ систем безопасности, использующих GSM каналы связи

Скачать

117713

0

12

... этому адресу. Вызываемое устройство, организовав GPRS-сеанс и получив динамический IP-адрес, устанавливает TCP/IP-соединение с вызывающим устройством. 3. Анализ функционирования систем безопасности, использующих gsm каналы 3.1 Анализ помехоустойчивости и помехозащищённости gsm канала Помехи в радиоканале создаются как за счет искажений сигнала при его распространении, так и в результате ...

Передача информации

Скачать

20193

0

0

... короткое время, пройдя путь от настольного калькулятора до полноценной небольшой машины, ПК заняли свои места на рабочих столах индивидуальных пользователей. Компьютер – это самое популярное средство для обработки, хранения и передачи информации и по сей день, но так как в наши дни информации становится все больше, то и компьютеры претерпевают значительные изменения. Для удобства пользователей ...

Проектирование линейного тракта волоконно-оптических систем передачи

Скачать

43054

9

4

... ОП, ОРП и НРП по двум ОВ совместно с информационным сигналом. Одна стойка обслуживает два линейных тракта при установке на ОП и четыре при установке на ОРП. Комплект блоков НРП обеспечивает передачу по каждой паре ОВ цифровых сигналов совместно с сигналами СС и ТМ. Оптический сигнал поступает на оптический линейный регенератор (РЛ-О), в котором производится оптоэлектронное преобразование, после ...