Chromatinė dispersija. Optinis pluoštas (optika) Chromatinė dispersija optinėse skaidulose

Svarbus optinio pluošto parametras yra dispersija, kuri lemia jo informacijos pralaidumą.

Optinis pluoštas perduoda ne tik šviesos energiją, bet ir naudingą informacinį signalą. Šviesos impulsai, kurių seka lemia informacijos srautą, sklidimo procese susilieja. Esant pakankamai dideliam išplėtimui, impulsai pradeda persidengti, todėl priėmimo metu jų atskirti tampa neįmanoma (3 pav.).

3 pav. Dispersijos poveikis

Dispersija – tai optinio signalo spektrinių arba modų komponentų dispersija laike, dėl kurios pailgėja optinės spinduliuotės impulso trukmė, kai jis sklinda šviesolaidžiu ir nustatoma pagal impulsų trukmės kvadratų skirtumą. prie išėjimo ir įėjimo 0V:

Kuo mažesnė dispersijos reikšmė, tuo didesnis informacijos srautas, kuris gali būti perduodamas išilgai pluošto. Dispersija ne tik riboja OF dažnių diapazoną, bet ir žymiai sumažina signalo perdavimo diapazoną, nes kuo ilgesnė linija, tuo ilgiau pailgėja impulso trukmė.

Sklaidą paprastai lemia trys pagrindiniai veiksniai:

Valdomų režimų sklidimo greičių skirtumas (intermode dispersija),

Šviesolaidžio kreipiamosios savybės (banglaidinė dispersija),

Medžiagos, iš kurios jis pagamintas, parametrai (medžiagos dispersija).

4 paveikslas – dispersijos tipai

Pagrindinės dispersijos atsiradimo priežastys, viena vertus, yra didelis šviesolaidžio režimų skaičius (intermode dispersija), kita vertus, bangos ilgio spektre faktiškai veikiančių spinduliuotės šaltinių nenuoseklumas (chromatinė dispersija). .

Intermode dispersija

Jis vyrauja kelių režimų OFF ir atsiranda dėl laiko, per kurį režimai pereina per OFF nuo įvesties iki išvesties, skirtumo. Šviesolaidžiui su laiptuotu lūžio rodiklio profiliu elektromagnetinių bangų sklidimo greitis su bangos ilgiu yra vienodas visiems režimams. lemia tai, kad šių režimų kelionės laikas optiniu pluoštu skiriasi. Dėl to padidėja impulsas, kurį jie generuoja OF išvestyje. Impulso išplėtimo dydis yra lygus lėčiausio ir greičiausio režimų sklidimo laiko skirtumui. Šis reiškinys vadinamas intermode dispersija.

Tarpmodinės dispersijos apskaičiavimo formulę galima gauti įvertinus valdomų režimų sklidimo OF geometrinį modelį. Bet koks valdomas režimas pakopiniame optiniame pluošte gali būti pavaizduotas šviesos spinduliu, kuris, judėdamas išilgai pluošto, pakartotinai patiria visišką vidinį atspindį iš šerdies apvalkalo sąsajos. Išimtis yra pagrindinė mada HE 11 , kurią apibūdina šviesos pluoštas, judantis be atspindžio išilgai pluošto ašies.

Kai OB ilgis lygus L , zigzago kelio, kurį kerta kampu ir z pluošto ašies sklindantis šviesos pluoštas, ilgis yra L/cos ir z (5 pav.).

5 pav. Šviesos spindulių sklidimo keliai dvisluoksnėje optinėje skaiduloje

Elektromagnetinių bangų, kurių bangos ilgis l, sklidimo greitis yra tas pats nagrinėjamame pluošte ir yra lygus:

Kur Su -šviesos greitis, km/s.

Paprastai OV n 1 ? n 2, taigi ji turi tokią formą:

kur yra šerdies apvalkalo lūžio rodiklių santykinė vertė.

Iš formulės aišku, kad impulso išplėtimas dėl intermode dispersijos yra mažesnis, tuo mažesnis skirtumas tarp šerdies ir apvalkalo lūžio rodiklių. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl realiuose laipsniškuose OF jie stengiasi, kad šis skirtumas būtų kuo mažesnis.

Praktiškai dėl nehomogeniškumo (daugiausia mikrolinkių) atskiri režimai, eidami per šviesolaidį, veikia vienas kitą ir keičiasi energija.

Intermodalinė sklaida laipsniškuose OF gali būti visiškai pašalinta, jei tinkamai parinkti OF struktūriniai parametrai. Taigi, jei padarysime šerdies matmenis ir? toks mažas, tada pluoštu nešiklio bangos ilgiu sklis tik vienas režimas, t.y., modų sklaidos nebus. Tokie pluoštai vadinami vienmodžiais. Jie turi didžiausią pralaidumą. Jų pagalba komunikacijos greitkeliuose galima organizuoti didelius kanalų pluoštus.

Impulsų dispersiją taip pat galima žymiai sumažinti tinkamai parinkus lūžio profilį visoje OF šerdies skerspjūvyje. Taigi, dispersija mažėja pereinant prie gradiento OB. Gradientinių optinių skaidulų intermodinė dispersija paprastai yra mažesnė ir didesnė nei laiptuotų skaidulų.

Tokiose gradientinėse optinėse skaidulose, priešingai nei laipsniško sklidimo profilio šviesolaidžiuose, šviesos spinduliai sklinda nebe zigzagu, o banginėmis arba spiralinėmis spiralinėmis trajektorijomis.

2.1. Sklaidos priežastys ir rūšys

Pagrindinė dispersijos atsiradimo pluošte priežastis yra spinduliuotės šaltinio (lazerio) nenuoseklumas. Idealus šaltinis skleidžia visą galią esant tam tikram bangos ilgiui λ 0, tačiau realiai spinduliavimas vyksta spektre λ 0 ± Δλ (2.1 pav.), nes ne visi sužadinti elektronai grįžta į tą pačią būseną, iš kurios buvo pašalinti siurbiant.

2.1 pav. Tikra lazerio spinduliuotė

Lūžio rodiklis yra nuo dažnio priklausomas dydis, tai yra, n yra λ funkcija: n = f (λ), žr. 2.2 pav.

2.2 pav. Lūžio rodiklio priklausomybė nuo bangos ilgio

Vadinasi, skleidžiant signalą, sudarytą iš bangų ilgių λ 0 ± Δλ mišinio, signalo dalys sklinda skirtingu greičiu ir atsiranda dispersija:

λ ± Δλ → n ± Δn → c /(n ± Δn) → v ± Δv → Δτ.

Šis dispersijos tipas vadinamas medžiagų dispersija.

Skersinės bangos sklidimo konstanta (išilgai pluošto spindulio) taip pat priklauso nuo bangos ilgio, tai yra, režimo sritis ir tos apvalkalo dalies plotas, kurį užfiksuoja režimo sritis, besitęsianti už šerdies ribų, priklauso nuo bangos ilgis. Šviesa sklinda išilgai apvalkalo dalies, besiribojančios su šerdimi, didesniu greičiu nei išilgai šerdies, o tai prisideda prie sklaidos pasikeitimo. Ši dispersija vadinama bangolaidžio dispersija. Abi šios dispersijos, medžiaga ir bangolaidis, bendrai vadinamos chromatine dispersija. Jie sumuojami aritmetiškai. 2.3 paveiksle pavaizduotos medžiagos ir bangolaidžio dispersijos priklausomybės ir jų suma nuo bangos ilgio. Standartinio vienmodio pluošto, esant λ = 1300 nm, šios dispersijos yra lygios ir priešingo ženklo, o bendra dispersija yra lygi nuliui.

2.3 pav. Medžiagos ir bangolaidžio dispersijos priklausomybė nuo bangos ilgio standartiniame vienmodiame pluošte (nm)

Daugiamodėje skaiduloje, be chromatinės dispersijos, yra ir tarpmodė dispersija. Jei yra keli režimai, kiekvienas išilgai pluošto sklinda savo greičiu, kuris gali labai skirtis vienas nuo kito. 2.4 paveiksle pavaizduoti kai kurių režimų fazių greičių grafikai.

Ryžiai. 2.4. Kai kurių režimų fazių greičių, kaip dažnio funkcijos, grafikas.

Jei keičiasi pluošto parametrai, pavyzdžiui, šerdies skersmuo keičiasi atsitiktinai, vyksta režimo derinimas ir režimai keičiasi energija. Intermode dispersija yra eilės tvarka didesnė nei chromatinė dispersija, dėl kurios buvo sukurti vienmodžiai kabeliai, kuriuose nėra intermode dispersijos. 2.1 lentelėje parodytas apytikslis skirtingų tipų pluoštų dispersijos tipų verčių santykis.

2.1 lentelė. Ryšys tarp skirtingų tipų dispersijos

Bendra dispersija apibrėžiama kaip kvadratinė šaknis iš chromatinės ir modinės dispersijos kvadratų sumos:

(2.1)

Medžiagų ir bangolaidžių dispersijos apskaičiuojamos pagal formules

τ mat = ∆λ∙ М(λ)∙ L (2.2),

τвв = ∆λ∙ В(λ)∙ L (2.3),

čia ∆λ yra lazerio spinduliuotės dažnių juostos plotis, nm;

М(λ) ir В(λ) – specifinės medžiagos ir bangolaidžių dispersijos, ps/(nm km);

L – linijos ilgis, km.

M(λ) ir B(λ) reikšmės pateiktos žinynuose.

τ Σ = [τ mm 2 + (τ mat + τ vv) 2 ] 1/2

Parinkčių lentelė 2.1. Apytikslės įvairių pluošto tipų dispersijos vertės

2.2. Poliarizacijos režimo dispersija (PMD)

Šviesa vaizduoja virpesius, skersinius šviesos sklidimo krypčiai (2.5 pav.). Jei lauko vektoriaus galas apibūdina tiesę, tai tokia poliarizacija vadinama tiesine, jei ji yra apskritimas arba elipsė, tada ji vadinama apskritimu arba elipsine. Dauguma žmonių, išskyrus retas išimtis, nejaučia šviesos poliarizacijos tik keli (pavyzdžiui, Levas Tolstojus) aiškiai skiria poliarizuotą ir nepoliarizuotą šviesą. Įprastas integruotas šviesos detektorius (diodas) taip pat reaguoja tik į bangos intensyvumą, o ne į jos poliarizaciją. Tačiau kai kurie optiniai įrenginiai, pavyzdžiui, tam tikrų tipų stiprintuvai, turi nuo poliarizacijos priklausomą stiprinimą.

Ryžiai. 2.5. Linijinės poliarizacijos rūšys

Be to, atspindžio ir lūžio procesuose didelę reikšmę turi vektoriaus poliarizacija, nes Frenelio koeficientai, apibūdinantys atspindėtos ir lūžusios bangos amplitudę, paprastai priklauso nuo poliarizacijos vektoriaus krypties (2.6 pav.). . 2.6 paveiksle parodyta, kaip lygiagrečių (brūkšnelių) ir statmenų (taškinių) poliarizacijos spindulių mišinys atsispindi sklidimo plokštumos atžvilgiu, kai eina per horizontaliosios sąsajos plokštumą. Iš paveikslo matyti, kad tam tikru kampu (Brewsterio kampu) visos atsispindėjusios bangos turi statmeną poliarizaciją, o lūžusios – lygiagrečią.

Ryžiai. 2.6. Skirtingos poliarizacijos bangų atspindys.

Klasikiniame vienmodiame pluošte vienintelis režimas yra HE banga 11. Tačiau, jei atsižvelgiama į poliarizaciją, pluošte yra du vienas kitą stačiakampiai režimai, atitinkantys horizontalią ir vertikalią ašis x ir y. Realioje situacijoje pluoštas ne visada yra tobulas skerspjūvio apskritimas, bet dažnai dėl tam tikrų technologijos ypatumų yra maža elipsė. Be to, vyniojant kabelį ir jį tiesiant, atsiranda asimetriški pluošto mechaniniai įtempimai ir deformacijos, dėl kurių atsiranda dvigubas lūžis. Dėl papildomo įtempio keisis lūžio rodiklis, o stačiakampių režimų sklidimo greičiai skirtingose ​​srityse skirsis vieni nuo kitų, o tai įves skirtingą stačiakampių režimų sklidimo laiko vėlavimą. Laikui bėgant impulsas kaip visuma statistiškai padidės, o tai vadinama poliarizacijos režimo dispersija (PMD). Kadangi skirtingose ​​linijos atkarpose PMD yra skirtingas ir paklūsta statistiniams dėsniams, dažniausiai naudojamas vidurkis kvadratinis sumavimas, o PMD apskaičiuojamas naudojant formulę

Kartu su šviesolaidžio slopinimo koeficientu svarbiausias parametras yra dispersija, kuri lemia jos gebėjimą perduoti informaciją.

dispersija – Tai yra optinio signalo spektrinių ir režimų komponentų išsklaidymas laike, dėl kurio pailgėja optinės spinduliuotės impulso trukmė, kai jis sklinda per optinį skaidulą.

Impulso išplėtimas apibrėžiamas kaip kvadratinis impulso trukmės skirtumas optinio pluošto išėjime ir įėjime pagal formulę:

ir i reikšmės imamos pusės impulso 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 – medžiagos ir bangolaidžio (vidaus režimo) dispersijų. 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 (intermodaline).

Režimo sklaida būdingas tik daugiamodėms skaiduloms ir yra dėl režimų judėjimo trukmės išilgai optinio pluošto nuo jo įvesties iki išvesties skirtumo. IN OF su pakopiniu lūžio rodiklio profiliu elektromagnetinių bangų, kurių bangos ilgis, sklidimo greitis yra toks pat ir lygus: , kur C – šviesos greitis. Šiuo atveju visi spinduliai, patenkantys į optinio pluošto galą kampu į ašį, esančią diafragmos kampe, sklinda pluošto šerdyje išilgai savo zigzago linijų ir tuo pačiu sklidimo greičiu pasiekia priėmimo galą skirtingu laiku, dėl to pailgėja gaunamo pulso trukmė. Kadangi mažiausias optinio pluošto sklidimo laikas atsiranda, kai krintantis pluoštas yra , o didžiausias yra kai , galime rašyti:

čia L yra šviesos kreiptuvo ilgis;

Pluošto šerdies lūžio rodiklis;

C yra šviesos greitis vakuume.

Tada intermode dispersijos reikšmė yra lygi:

Gradientinių optinių skaidulų modų dispersija eilės tvarka ar daugiau mažesnės nei laiptuotų pluoštų. Taip yra dėl to, kad sumažėjus lūžio rodikliui nuo optinio pluošto ašies iki apvalkalo, keičiasi spindulių sklidimo jų trajektorija greitis. Taigi trajektorijose arti ašies jis yra mažesnis, o tolimose trajektorijose - didesnis. Trumpiausiomis trajektorijomis (arčiau ašies) sklindančių spindulių greitis yra mažesnis, o ilgesnėmis trajektorijomis sklindančių spindulių greitis didesnis. Dėl to spindulių sklidimo laikas išlyginamas, o impulso trukmės padidėjimas tampa mažesnis. Esant paraboliniam lūžio rodiklio profiliui, kai profilio eksponentas q=2, režimo sklaida nustatoma pagal išraišką:

Gradiento OB režimo dispersija yra kelis kartus mažesnė nei žingsnio OB, esant toms pačioms reikšmėms. Ir kadangi tai įprasta, nurodytų OF režimų dispersija gali skirtis dviem dydžiais.

Apskaičiuojant režimų sklaidą, reikia turėti omenyje, kad iki tam tikro linijos ilgio, vadinamo režimo sujungimo ilgiu, intermodalinio susiejimo nėra, o tada vyksta abipusio režimų keitimo procesas ir atsiranda pastovi būsena. Todėl kai sklaida didėja pagal tiesinį dėsnį, o tada, kai - pagal kvadratinį dėsnį.

Taigi aukščiau pateiktos formulės galioja tik ilgiui. Norėdami nustatyti linijų ilgį, naudokite šias formules:

- pakopiniam šviesos kreiptuvui

- gradiento šviesos kreiptuvui,

kur yra linijos ilgis;

Režimo sujungimo ilgis (pastovi būsena), lygus km laiptuoto pluošto ir km gradiento pluošto (nustatyta empiriškai).

Medžiagos dispersija priklauso nuo dažnio (arba bangos ilgio) ir OF medžiagos, kuri dažniausiai yra kvarcinis stiklas. Sklaidą lemia elektromagnetinė bangos sąveika su terpės medžiagos surištais elektronais, kuri, kaip taisyklė, yra netiesinė (rezonansinė).

Šviesos kreipiančiosios medžiagos dispersija net ir vienmodiams pluoštams atsiranda dėl to, kad optinis šaltinis, sužadinantis skaidulą (šviesos diodas – LED arba puslaidininkinis lazeris PPL), sukuria šviesos spinduliuotę, kurios nuolatinis bangų spektras tam tikras plotis (šviesos diodams tai yra apytiksliai nm, daugiamodiams PPL - nm , vienmodiams nm lazeriniams diodams). Skirtingi šviesos spinduliuotės spektriniai komponentai sklinda skirtingu greičiu ir pasiekia tam tikrą tašką skirtingu laiku, todėl impulsas priimančiojoje pusėje išplečiamas ir tam tikromis sąlygomis iškreipiama jo forma. Lūžio rodiklis kinta priklausomai nuo bangos ilgio (dažnio), o dispersijos lygis priklauso nuo į pluoštą įvedamos šviesos bangos ilgių diapazono (dažniausiai šaltinis skleidžia kelių bangų ilgius), taip pat nuo centrinio šaltinio veikimo bangos ilgio. I regione skaidrumo langas yra tas, kur 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, palyginti su ilgesniais (1560 nm). 2.9 pav

2.9 pav. – Bangos ilgio sklidimo greičiai

Rodyklės ilgis atitinka bangų ilgių greitį, ilgesnė rodyklė – greitesnį judėjimą.

Tam tikru spektro tašku 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; 2.10 pav

Medžiagos dispersiją galima nustatyti naudojant specifinę dispersiją naudojant išraišką:

.

Kiekiui būdinga dispersija, , nustatoma eksperimentiniu būdu. Esant skirtingoms legiruojančių priemaišų sudėtims OM, jos vertės skiriasi priklausomai nuo (2.3 lentelė).

2.3 lentelė – Tipinės konkrečios medžiagos sklaidos vertės

Bangolaidinė (vidaus režimo) dispersija –Šis terminas reiškia šviesos impulso vėlavimo priklausomybę nuo bangos ilgio, susijusį su jo sklidimo pluošte greičio pokyčiu dėl bangolaidžio sklidimo pobūdžio. Impulso išplėtimas dėl bangolaidžio dispersijos yra panašiai proporcingas šaltinio spinduliuotės spektro pločiui ir apibrėžiamas taip:

,

kur yra specifinė bangolaidžio dispersija, kurios reikšmės pateiktos 2.4 lentelėje:

2.4 lentelė

– atsiranda dėl diferencinės grupės vėlavimo tarp pluoštų su pagrindinėmis poliarizacijos būsenomis. Signalo energijos pasiskirstymas skirtingose ​​poliarizacijos būsenose laikui bėgant kinta lėtai, pavyzdžiui, dėl aplinkos temperatūros pokyčių, lūžio rodiklio anizotropijos, 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 poliarizacijos režimo sklaidos 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 vienmodė skaiduloje ir kai naudojamas didelės spartos signalo perdavimas (2,5 Gbit/s ir didesnis) su labai siaura 0,1 nm ar mažesne spinduliuotės spektrine juosta. Šiuo atveju chromatinė dispersija tampa panaši į poliarizacijos režimo dispersiją.

Tipiško pluošto specifinis PMD koeficientas paprastai yra .

Chromatinė dispersija susideda iš medžiagos ir bangolaidžio komponentų ir atsiranda sklidimo metu tiek vienmodyje, tiek daugiamodėje skaiduloje. Tačiau tai ryškiausiai 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 įvedami koeficientai M(l) ir N(l) - atitinkamai specifinės medžiagos ir bangolaidžio dispersijos, o Dl (nm) - bangos ilgio išplėtimas dėl spinduliuotės šaltinio nenuoseklumo. Gauta specifinės chromatinės dispersijos koeficiento reikšmė nustatoma kaip D(l) = M(l) + N(l). Specifinės dispersijos matmuo yra 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) tampa lygi nuliui. Bangos ilgis, kuriam esant tai įvyksta, vadinamas nulinės dispersijos bangos ilgiu l 0 . Paprastai nurodomas tam tikras bangos ilgių diapazonas, kurio ribose l 0 gali skirtis tam tikram pluoštui.

Corning naudoja šį metodą specifinei chromatinei dispersijai nustatyti. Laiko uždelsimas matuojamas trumpiems šviesos impulsams sklindant ne trumpesniame kaip 1 km pluošte. Gavus kelių bangų ilgių duomenų pavyzdžius iš interpoliacijos diapazono (800–1600 nm MMF, 1200–1600 nm SF ir DSF), vėlavimo matavimai iš naujo paimami tais pačiais bangos ilgiais, bet tik ant trumpo etaloninio pluošto (2 m ilgio). . Jame gauti delsos laikai atimami iš atitinkamų ilgo pluošto laiko, kad būtų pašalintas sisteminės klaidos komponentas.

Vienmodei laiptuotai ir daugiamodei rūšiuotam pluoštui naudojama empirinė Sellmeier 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 = (C/B) 1/4 yra nulinės dispersijos bangos ilgis, naujasis parametras S 0 = 8B yra nulinis dispersijos nuolydis, jo matmuo yra ps/(nm 2 * km)), o l yra darbinis 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 – nulinis 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 spinduliuotės spektro plotis. Naudojant nuoseklesnius spinduliuotės šaltinius, pavyzdžiui, lazerinius siųstuvus (Dl ~ 2 nm), ir naudojant veikimo bangos ilgį, artimesnį nulinės dispersijos bangos ilgiui, sumažėja chromatinė dispersija.

Specifikacijos paimtos iš Corning gaminamų pluoštų.

3.3 OPTINIS PLUOŠTAS

Yra keturi pagrindiniai optinio pluošto reiškiniai, ribojantys WDM sistemų veikimą: 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, kuri pasireiškia kaip signalo sklidimo greičio priklausomybė nuo bangos ilgio – medžiagos dispersija. Be to, gaminant vienmodį pluoštą, kai iš stiklo ruošinio traukiamas kvarcinis siūlas, pluošto geometrijos ir radialinio lūžio rodiklio profilio nukrypimai skiriasi įvairiais laipsniais. Pati pluošto geometrija kartu su nukrypimais nuo idealaus profilio taip pat reikšmingai prisideda prie signalo sklidimo greičio priklausomybės nuo bangos ilgio.

Medžiagos ir bangolaidžio dispersijų bendra įtaka vadinama chromatine pluošto dispersija, Fig. 3.16.

3.16 pav. Chromatinės dispersijos priklausomybė nuo bangos ilgio

Chromatinės dispersijos reiškinys silpnėja, kai lazerio spinduliuotės spektrinis plotis mažėja. Net jei būtų galima naudoti idealų monochromatinės spinduliuotės šaltinį su nuliniu lazerio pločiu, tai po moduliacijos informaciniu signalu įvyktų signalo spektrinis išplėtimas ir kuo didesnis išplėtimas, tuo didesnis moduliacijos greitis. Yra ir kitų veiksnių, lemiančių spinduliuotės spektrinį išplėtimą, iš kurių galima išskirti spinduliuotės šaltinio čirškėjimą.

Taigi pradinį kanalą vaizduoja ne vienas bangos ilgis, o bangos ilgių grupė siaurame spektriniame diapazone – bangų paketas. Kadangi skirtingi bangos ilgiai sklinda skirtingu greičiu (tiksliau, skirtingais grupės greičiais), optinis impulsas, turintis griežtai stačiakampio formą ryšio linijos įėjime, eidamas per skaidulą taps vis platesnis ir platesnis. Jei sklidimo laikas pluošte yra ilgas, šis impulsas gali susimaišyti su kaimyniniais impulsais, todėl sunku juos tiksliai atkurti. Didėjant perdavimo greičiui ir ryšio 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 tampa lygi nuliui – toks bangos ilgis vadinamas nulinės dispersijos bangos ilgiu.

Vienmodžio pakopinio indekso silicio pluošto dispersija yra nulinė esant 1310 nm. Šis pluoštas dažnai vadinamas nedispersiniu pluoštu.

Bangolaidžio dispersiją pirmiausia lemia pluošto šerdies ir vidinio apvalkalo lūžio rodiklis. Sudėtingo lūžio rodiklio profilio pluošte, pakeitus santykį tarp terpės dispersijos ir bangolaidžio dispersijos, 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 (ITU-T Rec. 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 λo. 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 τ chr(paprastai matuojamas ps) gali būti apskaičiuojamas naudojant formulę

τ chr = D(λ) Δτ L,

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

Fig. 3.18 paveiksle atskirai pavaizduotos bangolaidžio dispersijos priklausomybės nuo bangolaidžio pluošto su nešaline (1) ir šališka (2) dispersija ir 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 linijų atkarpų ilgio ir skaičiaus didinimas;
didinant perdavimo greitį (nes didėja efektyvusis šaltinio generavimo linijos plotis).

Jam mažiau įtakos turi:
dažnio intervalo tarp kanalų mažinimas;
didinant kanalų skaičių.

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

WDM sistemose su įprastu standartiniu pluoštu (ITU-T Rec. G.652) chromatinei dispersijai reikia skirti ypatingą dėmesį, nes ji yra didelė 1550 nm bangos ilgio srityje.