Дисперсия оптического волокна

ВВЕДЕНИЕ 3
РАЗДЕЛ 1. НОРМАТИВНАЯ И ПРАВОВАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ, ХАРАКТЕРНАЯ ДЛЯ ОБЛАСТИ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СИСТЕМ СВЯЗИ 5
РАЗДЕЛ 2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ НА РЕМОНТ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВОЛП 7
РАЗДЕЛ 3. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ И СОЗДАНИЯ ВОЛП 9
РАЗДЕЛ 4. МОНТАЖ И НАСТРОЙКА ИНФОКОММУНИКАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВОЛП 11
РАЗДЕЛ 5. ПРОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОЦЕНКА ОСТАТКА РЕСУРСА ОБОРУДОВАНИЯ ВОЛП 13
РАЗДЕЛ 6. ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ НА ВОЛП 15
РАЗДЕЛ 7 ОФОРМЛЕНИЕ ЗАЯВКИ НА ОБОРУДОВАНИЕ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ЗАПАСНЫЕ ЧАСТИ ДЛЯ ВОЛП 16
ДИСПЕРСИЯ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА 17
Хроматическая дисперсия 18
Межмодовая дисперсия 24
Поляризационная модовая дисперсия 27
Полная дисперсия 29
Заключение 30
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 31

ДИСПЕРСИЯ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
Важным параметром передачи излучения по оптическому волокну является скорость передачи информации. Дисперсией оптического волокна называют рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Основная причина дисперсии заключается в наличии разных скоростей распространения отдельных составляющих оптического сигнала.
Дисперсия проявляется как уширение, увеличение длительности распространяющихся по волокну оптических импульсов. Распространяясь по волокну, оптические импульсы уширяются во времени. При высокой частоте следования импульсов на определенном расстоянии от источника излучения может возникнуть ситуация, когда импульсы начнут перекрываться во времени, то есть следующий импульс придет на выход оптического волокна раньше, чем закончится предыдущий (рис. 3).

Рис. 3.
...

Хроматическая дисперсия
Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.
Хроматическая дисперсия возникает в том случае, если световой сигнал состоит из волн разных длин, такие волны распространяются с различной скоростью. Большинство оптических источников имеют одинаковый диапазон светового луча, но каждая волна с различной длиной прибывает за разное время, и поэтому оказывается, что передаваемый импульс размывается. Количественно дисперсия измеряется относительно скорости распространения волн с различной длиной, входящих в световой сигнал. Большая дисперсия означает, что волны распространяются с большой скоростной разницей. Низкая дисперсия указывает, что сигналы, смежные по длине волны, распространяются приблизительно с одинаковой скоростью.
...

Межмодовая дисперсия
Межмодовая дисперсия существует только в многомодовом оптическом волокне и образуется в связи с различной скоростью распространения лучей разных мод, достигающих выхода в разное время, что приводит к уширению импульса. Величина уширения импульса равна разности времени распространения самой медленной и самой быстрой мод.
Формулу расчета межмодовой дисперсии можно получить, рассматривая геометрическую модель распространения направляемых мод в оптическом волокне (рис. 7). Любая направляемая мода в оптоволокне может быть представлена световым лучом, который при движении вдоль волокна многократно испытывает полное внутреннее отражение от поверхности раздела «сердцевина-оболочка». Исключением является основная мода, которая описывается световым лучом, движущимся без отражения вдоль оси волокна. Если длина оптического волокна, равная , то длина зигзагообразного пути, пройденного лучом света, распространяющимся под углом к оси волокна, равна .

Рис. 7.
...

Поляризационная модовая дисперсия
Поляризационная модовая дисперсия (PMD) появляется в одномодовых волокнах и влияет на скорость передачи данных. PMD происходит из-за разных скоростей распространения энергий одной длины волны, но разной поляризации с перпендикулярными осями. В идеальных волокнах постоянные распространения мод одинаковы. В реальных волокнах, вследствие воздействия различных факторов, образуются «быстрая» и «медленная» оси, вдоль которых моды ортогональной поляризации распространяются с разной скорости соответственно, приходят к концу некоторого участка оптического волокна в разное время (рис. 8). Другими словами, моды разной поляризации приходят с определенной задержкой относительно друг друга. Основными причины PMD является некруглость сердцевины и внешние воздействия на волокно (изгиб, скручивание и температурные изменения).

Рис. 8.
...

Полная дисперсия
Полная дисперсия в оптическом волокне вычисляется следующим образом.

В одномодовом оптическом волокне межмодовая дисперсия отсутствует, потому, как в таком волокне распространяется только одна мода, а поляризационная волноводная дисперсии достаточно малы, что при расчете полной дисперсии ими можно пренебречь. Итак, полная дисперсия в одномодовом оптическом волокне имеет следующий вид.

Из формулы (16) следует, что в одномодовом оптическом волокне основной дисперсией является материальная.
В многомодовом оптическом волокне отсутствует поляризационная дисперсия и при расчете полной дисперсии можно пренебречь значением волноводной дисперсии. Тогда, получаем следующее выражение для расчета полной дисперсии.

В многомодовом оптическом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления межмодовая дисперсия значительно больше материальной, следовательно, значением маетериальной дисперсии можно пренебречь.
...

Заключение
В оптических волокнах присутствует несколько видов дисперсии, которые влияют на скорость передачи данных. Хроматическая дисперсия основывается на том, что любой источник излучает не одну длину волны, а спектр незначительно отличающихся длин волн, которые распространяются с разной скоростью. Материальная дисперсия связана со свойствами материала, а именно зависимостью показателя преломления от длины волны. Волноводная дисперсия характеризуется наличием волноводной структуры. Межмодовая дисперсия основывается на том, что моды распространяются по разным траекториям, поэтому возникает задержка их распространения во времени. Поляризационная модовая дисперсия заключается в том, что мода имеет две взаимно перпендикулярные составляющие, которые могут распространяться с различными скоростями.
...