Дисперсия сигнала в оптических волокнах

При прохождении импульсных сигналов по оптическим волокнам изменяется не только амплитуда, но и их форма - импульсы уширяются. Это явление называется дисперсией. Дисперсия ограничивает максимальную скорость передачи сигналов по волокнам.

Дисперсия в общем случае определяется двумя факторами:

различием фазовых скоростей направляемых мод на фиксированной длине волны источника излучения;

зависимостью фазовой скорости каждой направляемой моды от длины волны, т.е. нелинейной зависимостью коэффициента фазы .

Различие фазовых скоростей направляемых мод на фиксированной длине волны приводит к тому, что время прохождения этих мод не одинаково. В результате образуемый ими импульс уширяется, причём величина уширения равна разности времени распространения самой медленной и самой быстрой мод. Это явление называется межмодовой дисперсией.

Зависимость фазовой скорости каждой направляемой моды от длины волны источника излучения, т. е. Нелинейная зависимость коэффициента фазы , приводит к различной временной задержке частотных составляющих моды, а, следовательно, к уширению сигнала, образованного модами. Это явление называется хроматической (частотной) дисперсией. Чем шире спектр излучения источника , тем больше хроматическая дисперсия. Нелинейная зависимости обусловлена как направляющими свойствами оптического волокна, так и зависимостью показателя преломления сердцевины и оболочки волокна от длины волны . В связи с этим хроматическая дисперсия складывается из внутримодовой (волноводной) дисперсии и дисперсии материала.

В многоводных ступенчатых оптических волокнах межмодовая дисперсия обычно на порядок и более превышает материальную, и уширение импульсов практически определяется межмодовой дисперсией. В градиентных волокнах соотношение между этими величинами зависит от величины спектра излучения источника . Расчёты показывают, что дисперсию материала необходимо учитывать только при использовании светодиодов.

Уширение передаваемых импульсов в одномодовых волокнах обусловлено хроматической дисперсией основной моды. С увеличением длины волны дисперсия материала быстро убывает, проходя через нуль вблизи , в то время как внутримодовая дисперсия меняется незначительно. В диапазоне длин волн преобладает дисперсия материала, а при необходимо учитывать и внутримодовую дисперсию. Подбирая параметры одномодового волокна и длину волны излучения , можно скомпенсировать положительную внутримодовую дисперсию отрицательной дисперсией материала, т. е. получить нулевое значение хроматической дисперсии. В частности можно довести длину волны до 1,55 - 1,6 мкм, где происходит компенсация дисперсии и потери минимальны.

Однако на длинах волн, где хроматическая дисперсия равна нулю, уширение импульсов всё равно происходит из-за двойного лучепреломления. В одномодовом режиме в оптическом волокне распространяются две основные моды, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны. В идеальном случае фазовые скорости этих мод одинаковы. В реальном волокне не эллиптичность сердцевины и анизотропия показателя преломления, вызванная механическими усилиями, приводят к различию скоростей мод и уширению импульсов. Это уширение импульсов называют также модовой поляризационной дисперсией.

Еще статьи по теме

Проектирование учебного демонстрационного стенда Цифроаналоговый преобразователь с подключением к компьютеру через порт USB
стенд цифроаналоговый преобразователь Под информацией в широком смысле принято понимать различные сведения о событиях в общественной жизни, явлениях природы, о процессах в технических устройствах. Она содержатся в нашей речи, ...

Расчет радиорелейной трассы между удаленными объектами
Связь в уголовно-исполнительной системе (УИС) ФСИН Российской Федерации является основным средством, обеспечивающим управление территориальными органами и учреждениями исполнения наказаний. Схема ее организации обуславливаетс ...

Главное меню

© 2020 / www.techsolid.ru