75381

ХРОМАТИЧЕСКАЯ ДИСПЕРСИЯ В ОДНОМОДОВОМ ВОЛОКНЕ И УШИРЕНИЕ ПЕРЕДАВАЕМОГО ИМПУЛЬСА

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В полосе прозрачности 850 нм более длинные волны распространяются с большей скоростью чем короткие например излучение на длине волны 865 нм распространяется в кварцевом стекле с большей скоростью чем излучение на длине волны 835 нм. Совсем наоборот происходит в полосе прозрачности 1550 нм: более короткие длины волн распространяются с большими скоростями чем более длинные излучение с длиной волны 1535 нм распространяется быстрее чем с длиной волны 1560 нм. Спектр оптического сигнала имеет конечную ширину ...

Русский

2015-01-12

113 KB

11 чел.

ХРОМАТИЧЕСКАЯ ДИСПЕРСИЯ В ОДНОМОДОВОМ ВОЛОКНЕ

И УШИРЕНИЕ ПЕРЕДАВАЕМОГО ИМПУЛЬСА

СИД излучает широкий спектр длин волн в диапазоне от 30 до 100 нм, а ЛД излучает спектральную линию шириной от 0,1 до 1,0 нм.

Существует одно интересное явление относительно скоростей распространения внутри оптоволокна. В полосе прозрачности 850 нм более длинные волны распространяются с большей скоростью, чем короткие (например, излучение на длине волны 865 нм распространяется в кварцевом стекле с большей скоростью, чем излучение на длине волны 835 нм). Совсем наоборот происходит в полосе прозрачности 1550 нм: более короткие длины волн распространяются с большими скоростями, чем более длинные (излучение с длиной волны 1535 нм распространяется быстрее, чем с длиной волны 1560 нм).

Спектр оптического сигнала

имеет конечную ширину

                                                 Уширение передаваемого импульса

Скорость распространения

волны зависит от ее частоты

Зависимость запаздывания импульса в волокне от длины волны

Коэффициент дисперсии:

,  [пс/(нмкм)]                                   (1)

Существует длина волны ZD, выше которой дисперсионный параметр D положителен, а ниже - отрицателен. Эта длина волны называется длиной волны нулевой дисперсии, она равна для чистого диоксида кремния 1276 нм. Ее значение может меняться в пределах 1270-1290 нм для оптического волокна, сердцевина и оболочка которого легируются для получения необходимого показателя преломления. Длина волны нулевой дисперсии для оптических волокон зависит также от диаметра сердечника и вклада шага показателя преломления в сечении волновода в полную дисперсию.

Рост ширины импульсов из-за дисперсии сопровождается

уменьшением пиковой мощности:

Увеличение длительности передаваемого импульса вследствие дисперсии :

    (2)

где Lдлина линии, а  - спектральная ширина импульса.

Произведение  (скорости передачи В на длину линии L) можно оценить из (2). Для одномодового волокна и при использовании лазерного источника, для которого  < 1 нм, получаем, что оно может превысить 1 Тбит/с на километр. Для его улучшения нужно использовать лазеры с шириной спектральной линии как можно уже. Доминирующей и в этом случае является хроматическая дисперсия.

Все стекло, включая используемое для производства оптоволокна, обладает материальной дисперсией, потому что его коэффициент преломления изменяется с длиной волны. Дополнительно к этому, когда одномодовое волокно вытягивается из стекла, геометрическая форма и профиль коэффициента преломления вносят существенный вклад в волновую зависимость скорости импульса, распространяющегося по волокну, т.е. в волноводную дисперсию.

Хроматическая дисперсия волокна = материальная дисперсия + волноводная         

                                                                       n()                              дисперсия

Институт IEEE определяет материальную дисперсию «как дисперсию, соотносимую с зависимостью длины волны от показателя преломления того материала, из которого сформирован волновод».

Причина появления волноводной дисперсии

Из-за частичного проникновения излучения в оболочку скорость распространения волны в волокне зависит от показателя преломления оболочки. Волна проникает внутрь оболочки на расстояние порядка длины волны. Поэтому оболочка в разной степени влияет на скорости распространения волн с разными длинами.

Волноводная дисперсия зависит от формы поперечного распределения показателя преломления

Хроматическая дисперсия в стандартном одномодовом волокне

Усилия по сдвигу длины волны нулевой дисперсии в область окна прозрачности минимальных потерь 1550 нм привели к успеху. Такое волокно называется волокном со сдвигом дисперсии. Необходимый сдвиг дисперсии был получен путем манипуляции параметрами волноводной дисперсии, учитывая, что последняя зависит от радиуса сердцевины а и разницы показателей преломления. Можно так отрегулировать вклад волноводной дисперсии, что общая дисперсия D будет относительно мала в довольно широком диапазоне длин волн от 1300 до 1600 нм. Этот тип волокна называется волокном с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSnon-zero dispersion shifted), где хроматическая дисперсия находится на уровне 6 пс/(нмкм) в диапазоне длин волн от 1530 до 1565 нм - наиболее популярном для современных систем WDM.

ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ МОДОВАЯ ДИСПЕРСИЯ

В одномодовом волокне единственной присутствующей модой является Н11. Однако если учитывать поляризацию, то в одномодовом волокне присутствуют две моды. Эти две моды предполагаются нами взаимно ортогональными, а поляризация - линейной.

Поляризационные моды

В реальной ситуации, когда волокно помещено в кабель и проложено в поле, трудно рассчитывать, что оно идеально. Существует ряд напряженных состояний, возникающих в волокне в процессе производства. Сердечник волокна и оболочка формируются в процессе механического вытягивания, вызывающего непредсказуемое двойное лучепреломление в волокне (приводящее к обмену мощностями между двумя состояниями поляризации, в результате чего эффективная скорость распространения света в среде зависит от ориентации вектора напряженности электрического поля). Механическое действие процесса намотки волокна на оправку вызывает асимметричное напряжение. Когда кабель прокладывается, возникают другие напряжения. Эти действия вызывают деформацию волокна, нарушающую округлость волокна или концентричность сердцевины относительно оболочки. Они могут приводить к удлинению волокна и его изгибу.

После того как волокно помещено в кабель ориентация рассмотренных осей и относительная разница в скорости распространения света по каждой из осей (непосредственно связанная с величиной локального двойного лучепреломления) изменяются вдоль оптического пути распространения. В каждом сегменте волокна между двумя порциями света, ориентированными по этим локальным (быстрым и медленным) осям, вводятся временные задержки. Так как относительная ориентация этих осей в соседних сегментах различна, импульс будет испытывать статистическое уширение во времени. В результате появляется поляризационная модовая дисперсия PMD.

Причины появления двойного лучепреломления в оптическом волокне

Показатель преломления зависит от поляризации волны – поляризационная анизотропия

Поляризационная анизотропия вызывает периодические изменения состояния поляризации света

Уширение импульсов в волокне с двойным лучепреломлением

Поляризационная анизотропия распределена по длине волокна хаотически

Усредненное уширение импульса вследствие поляризационной модовой дисперсии:

,                                               (2)

PMD – коэффициент поляризационной модовой дисперсии []

,                                                 (3)

lc – длина корреляции для поляризационной анизотропии волокна.

Способ уменьшения поляризационной модовой дисперсии – уменьшение длины корреляции для поляризационной анизотропии. PMD для стандартного одномодового волокна: 0,10,2 .

Существенное значение поляризационная модовая дисперсия имеет при скорости передачи данных более 10 Гб/с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17661. Інтерференція в тонких шарах інтерференційні дзеркала та просвітлююча оптика 28.84 KB
  Інтерференція в тонких шарах: інтерференційні дзеркала та просвітлююча оптика. При освітленні тонкої плівки відбувається накладання хвиль від джерела S які відбилися від передньої і задньої поверхонь плівки. Якщо світло біле то інтерференції смуги будуть кольоро...
17662. Інтерференція поляризованих променів 63.33 KB
  Інтерференція поляризованих променів. Як відомо для інтерференції необхідною умовою є когерентність променів. А також із відомої формули для інтерференційного члена що враховує взаємодію пучків: видно що результат інтерференції лінійно поляризованих променів зале
17663. Інформаційні властивості оптичного зображення 21.59 KB
  Інформаційні властивості оптичного зображення. Потік інформації біт/с виражається формулою Шенона де I кількість інформації у бітах; смуга частот у якій передається інформація; Pc характеристика сигналу потужність в даному разі; Pm характеристика смуги мінімаль
17664. Квантова дисперсійна формула (порівняння з класичною) 24.1 KB
  Квантова дисперсійна формула порівняння з класичною Величини Nkкількості атомів kвласні частоти kкоефіцієнти згасання у класичній теорії дисперсії розглядаються як емпіричні сталі тобто ці величини визначаються з самої кривої дисперсії та положенням спектральн
17665. Класична теорія дисперсії 56.13 KB
  Класична теорія дисперсії. Припустимо що поле представляється плоскою хвилею Амплітуда поля змінюється від точки до точки отже електрон піддається дії поля різної амплітуди. Однак ми знехтуємо цією обставиною вважаючищо амплітуда коливань електрона мала в порі
17666. Комбінаційне розсіяння світла 30.54 KB
  Комбінаційне розсіяння світла. При спектральных исследованиях рассеяния света Мандельштам и Ландсберг обнаружили что каждая спектральная линия падающего света сопровождается появлением системы линий измененной частоты называемых сателлитами .Изменение длины волн
17667. Кристалооптика: трійка векторів 26.87 KB
  Кристалооптика: трійка векторів Кристалооптика – наука що вивчає проходження світла крізь кристали та інші анізотропні середовища. Більшість кристалів є анізотропними тобто їх властивості у різних напрямках не однакові. Пояснимо це явище. Фундаментальні рівняння Мак...
17668. Молекулярна і питома рефракція рівняння Клаузіуса-Мосотті 35.79 KB
  Молекулярна і питома рефракція: рівняння КлаузіусаМосотті Виведемо рівняння КлаузіусаМосотті: Помножимо на N матимемо: . Виразимо з рівності Р: а звідси скориставшись формулою можемо стверджувати що: . Підставимо цей вираз у формулу одержимо такі формули: з я
17669. Наближення дифракції Френеля і Фраунгофера в теорії дифракції 20.48 KB
  Наближення дифракції Френеля і Фраунгофера в теорії дифракції При вивченні дифракційних явищ в оптиці виникають деякі труднощі які не завжди мають точне розв’язання тому доводиться користуватися деякими наближеннями. Між дифракційними явищами Френеля та Фраунгофер