Контактная информация Телефон: +7 (495) 585-94-08 Время работы: 10:00-18:00
Адрес: Москва, ул. 16-я парковая, д. 30
E-mail: info@sfp-module.ru
 664057689      sfp-moduleru

Корзина
Прайс-лист
Обр. связь

Дисперсия

Одним из факторов, сильно влияющих на качество передачи сигналов в световодах, является дисперсия. В общем случае, дисперсия - это "размывание" или растягивание светового импульса, происходящее во время передачи его в оптическом волокне. Дисперсия сильно ограничивает скорость работы оптических систем, заметно снижая граничную полосу пропускания.
Определены два основных вида дисперсии: модовая и хроматическая.
Хроматическая дисперсия связана, прежде всего, с зависимостью скорости распространения светового потока от длины волны источника излучения. В отличие от идеального источника света, любой реальный источник излучает свет в некоторой полосе частот.

Составляющие светового импульса, имеющие разные длины волн, достигают конца оптического волокна с различными задержками времени, искажая, таким образом, исходный импульс.
Скорость распространения света в оптическом волокне связана с коэффициентом преломления следующей зависимостью:

Cm= C/n, (3)

где Cm - скорость распространения света в оптическом волокне, C - скорость света в вакууме, n- коэффициент преломления сердцевины волокна, который зависит от длины волны. Для прохождения по волокну длиной L световому импульсу требуется время t, определяемое как:

t = L/ Cm = Ln/C (4)

Таким образом, мы видим зависимость времени прохождения светового импульса по оптическому световоду от показателя преломления оптического волокна. Хроматическая дисперсия является мерой изменения показателя преломления материала сердечника световода и определяется, как первая производная коэффициента преломления:

M(l) = (1/c)·dn(l)/dl = (1/L)·dt(l)/dl , (5)

где l– длина волны оптического сигнала.

Хроматическая дисперсия выражается в пс/нм·км и физически может быть выражена как разница времени прохождения оптического световода длиной один километр сигналами двух длин волн, причём эти длины волн должны лежать в заданной полосе спектра излучения оптического источника.

Поскольку коэффициент преломления кварцевого стекла минимален при длине волны, равной 1300 нм, производная для этой точки равна нулю и, соответственно, хроматическая дисперсия пренебрежимо мала. Это одна из причин активного использования второго окна прозрачности в телекоммуникационной аппаратуре. Однако, существуют способы смещения дисперсии с помощью легирования кварцевого стекла. Такие световоды называются оптическими волокнами со смещенной дисперсией и могут иметь нулевую дисперсию на длине волны с минимальным затуханием (1550 нм). Это позволяет использовать их в оптических системах, требующих особенно большой полосы пропускания или больших пролетов кабеля с минимальным количеством пунктов переприемов, например для подводных кабельных сетей. На рисунке 6 представлены зависимости хроматической дисперсии от длины волны излучения для разных типов волокон. Здесь кривая 1 – хроматическая дисперсия чистого кварцевого стекла, кривая 2 – характеристика волокна со смещенной дисперсией.


Рис. 6: Зависимость хроматической дисперсии от длины волны.

Модовая дисперсия связана с различным временем прохождения участка волокна световых мод, двигающихся по разным траекториям.

В пределах числовой апертуры в многомодовое волокно может быть введено несколько сотен разрешенных мод. Все они будут распространяться по различным траекториям, имея различное время прохождения от источника до приемника. Суммарный импульс, полученный приемником сигнала, оказывается сильно растянутым во временной области. Наличие модовой дисперсии является недостатком многомодовых систем передачи. Эффект модовой дисперсии частично нивелируется смешением мод. При прохождении по оптическому волокну моды низших порядков, имеющие малые углы траектории по отношению к оси оптического световода преобразуются в моды более высокого порядка и наоборот. Таким образом, скорость прохождения участка волокна модами несколько усредняется. Однако надо понимать, что процесс такого усреднения происходит, прежде всего, за счет неоднородностей волокна, а они, в свою очередь, заметно увеличивают общее затухание сигнала.

Модовая дисперсия может быть полностью исключена, если структурные параметры волокна подбирать таким образом, чтобы по световоду распространялась только одна основная мода. Таким свойством обладают одномодовые оптические волокна. Однако основная мода передается по одномодовому волокну в виде двух ортогонально ориентированных волновых составляющих. Вследствие неидеальности геометрических размеров сердцевины, а также различного рода механических и оптических факторов появляется некоторая асимметрия показателя преломления и, как следствие, разность скоростей распространения двух ортогонально ориентированных мод. Суммарный световой импульс на выходе из световода, таким образом, получается несколько искаженным (рис 7).

Разность времени распространения ортогонально ориентированных мод одномодового оптического волокна, выраженная в пикосекундах, определяется через Поляризационную модовую дисперсию (ПМД). При распространении обе составляющие основной моды взаимодействуют между собой. Из-за такого обмена энергией ПМД носит статистический характер.


Рис. 7: Передача светового импульса по одномодовому оптическому волокну.

Существует понятие длины взаимодействия мод Lc. Если длина световода меньше Lc, то ПМД увеличивается линейно, при превышении Lc ПМД возрастает пропорционально квадратному корню длины световода L. Как уже отмечалось выше, основной причиной увеличения ПМД является асимметрия показателя преломления сердцевины волокна. Появление такой асимметрии связано, прежде всего, с неидеальностью геометрических размеров сердцевины, но на её величину ощутимо влияют также и такие факторы, как перегибы волокна, повив волокон в кабеле, поперечные и продольные напряжения волокон. Все эти факторы закладываются еще на этапе производства кабеля. Величина ПМД волокон кабеля, измеренная на кабельном барабане перед началом строительства, после прокладки кабеля изменится незначительно.

Поляризационная модовая и хроматическая дисперсии существенно ограничивают возможности передачи оптических сигналов по волокну и после затухания являются наибольшим препятствием для повышения дальности работы цифровых систем. Хроматическая дисперсия может быть компенсирована, как с помощью уменьшения полосы излучаемого спектра лазерного источника, так и смещением хроматической дисперсии кабеля в область более высоких длин волн. Компенсация ПМД невозможна и может быть понижена только с увеличением качества оптических волокон и кабелей. Величина 0,5 пс/vкм является фактически принятым международным стандартом максимально допустимого ПМД. В рекомендациях, касающихся линий дальней передачи, прослеживается тенденция устанавливать требование, ограничивающее величину ПМД не более 0,1 пс/vкм. На рис 8 приведена зависимость битовой скорости от дальности работы системы передачи.


Рис. 8: Зависимость скорости передачи от длины волны оптического излучения.

1 2 3 4 5

SFP-Module: SFP, SFP+, GBIC, Xenpak, X2, XFP иодули
Форм-фактор
Авторизация
Логин:   

Пароль:

[05.01.2020] Lenovo завершила внедрение суперкомпьютера в Иркутской нефтяной компании


Технология Cisco Telepresence



2010 - 2020 © "SFP-Module" . Все права защищены
При цитировании и использовании любых материалов
ссылка на "SFP-Module" обязательна.

Адрес: г. Москва , ул. 16-я парковая, д. 30
Телефон: +7 (495) 585-94-08
E-mail: info@sfp-module.ru

Яндекс.Метрика