Методические указания. Сигнал, передаваемый по оптическому волокну, представляет собой совокупность ряда мод (типов волн)

Сигнал, передаваемый по оптическому волокну, представляет собой совокупность ряда мод (типов волн). Мощность сигнала, переносимая каждой отдельной модой, имеет частотный спектр, определяемый спектрами источника излучения и модулирующего сигнала. Однако следует отметить, что в современных волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) ширина спектра источника излучения значительно превышает спектр модулирующего сигнала и является доминирующим фактором в формировании ширины спектра оптического сигнала.

В общем случае различие групповых скоростей модовых и спектральных составляющих сигнала приводит в импульсных системах передачи к уширению импульсов, т. е. дисперсии.

В результате, с одной стороны, ограничивается скорость передачи сигналов, а с другой, – снижается дальность передачи.

Существование большого количества мод в ОВ и различие групповых скоростей отдельных мод обусловливает модовую дисперсию, а различие групповых скоростей спектральных составляющих – хроматическую дисперсию. В свою очередь, хроматическая дисперсия складывается из материальной и волноводной дисперсий.

Модовая дисперсия существует только в многомодовых ОВ (MOB) и определяется в основном профилем показателя преломления материала сердцевины ОВ.

Материальная дисперсия – дисперсия собственно материала ОВ, существует независимо от типа волокна (MOB или ООВ) и обусловлена зависимостью показателя преломления и, следовательно, скорости света от длины волны.

Волноводная дисперсия существует в так называемой волноводной среде, сформированной по меньшей мере двумя средами (в большинстве случаев сердцевиной и оболочкой), и обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны.

В общем случае результирующее значение уширения импульсов t_резопределяется выражением:

, (6)

где t_м, t_хр, t_мат, t_в– уширения импульсов, обусловленные соответственно модовой, хроматической, материальной и волноводной дисперсиями.

Соотношение между модовой и хроматической дисперсиями, а также волноводной и материальной зависит от целого ряда факторов.

В многомодовых ОВ уширение импульсов определяется главным образом дисперсией, связанной с многомодовыми эффектами, обусловленными различием групповых скоростей распространения направляемых мод и зависимостью групповой задержки каждой моды от длины волны.

Поэтому в общем случае в многомодовых ОВ волноводной дисперсией пренебрегают и величину уширения импульсов определяют по формуле

. (7)

В многомодовых ступенчатых ОВ, где межмодовая дисперсия обычно на порядок превышает материальную, уширение импульса практически определяется межмодовой дисперсией, т. е. t_рез = t_м.

В многомодовых градиентных ОВ с q-профилем показателя преломления при q = 2 межмодовая дисперсия теоретически отсутствует. На практике же дисперсия существует за счет отклонения реальной характеристики n(r)от оптимальной зависимости и составляет величину порядка 1–5 нс/км.

В одномодовых ОВ модовая дисперсия отсутствует и уширение импульсов определяется хроматической дисперсией, т. е.

t_рез » t_хр =t_мат + t_в.

Дисперсионные свойства тракта передачи и, в частности, хроматическая дисперсия, зависят от источника излучения. При лазерных источниках благодаря узкой полосе излучаемых частот дисперсия сказывается несущественно. В некогерентных передатчиках (светодиодах) полоса излучения существенно шире и дисперсия проявляется довольно значительно.

При расчете отдельных составляющих хроматической дисперсии используются следующие формулы:

- для материальной дисперсии

, (8)

- для волноводной дисперсии

, (9)

где с – скорость света, равная 3×10⁵ км/с;

n₁ – показатель преломления сердцевины ОВ;

– нормированная частота;

– относительная разность показателей преломления сердцевины и оболочки;

Для определения сомножителя в (8), первоначально используя формулу (1), вычисляем первую производную

, (10)

а затем вторую производную

. (11)

Чтобы оценить значение волноводной дисперсии, как видно из (9), необходимо найти значение сомножителя (см. рис. 1).

Рис. 1. Зависимость от V для моды HE₁₁
в волокне со ступенчатом профилем показателя преломления

Далее по результатам расчета материальной и волноводной дисперсий по формулам (8) и (9) определить результирующую хроматическую дисперсию.

В заключение построить графики изменения материальной, волноводной и хроматической дисперсии в заданном диапазоне длин волн.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 191; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!