Lungimea de undă la care este atinsă limita inferioară a atenuării intrinsece a fibrei de cuarț pur este de 1550 nm și este determinată de un compromis rezonabil între pierderile datorate împrăștierii Rayleigh și absorbției în infraroșu.
Pierderile interne sunt bine interpolate de formula:
α = K relativ - 4 + δ OH (λ) + Ce - k / λ,
unde δ OH (λ) reflectă picul de absorbție la impuritățile OH cu un maxim la 1480 nm, iar primul și ultimul termen corespund împrăștierii Rayleigh și
absorbția infraroșie (K REL = 0,8 μm 4 dB / km, C = 0,9 dB / km, k = 0,7-0,9 μm, datele sunt date pentru cuarț). În Fig. 2.8 este o vedere generală
dependența spectrală a pierderii intrinseci care indică valorile caracteristice ale celor patru parametri de bază (minimele atenuării în trei ferestre transparente 850, 1300 i1550 nm, iar vârful de absorbție la 1480 nm) pentru fibre moderne de mod și multimod single.
Fig. 2.8. Pierderi proprii ale fibrei optice
Pierderile prin cablu (radiații) α rad sunt cauzate de răsucirea,
deformări și îndoiri ale fibrelor rezultate din aplicarea acoperirilor și a cavităților de protecție, a producției de cabluri, precum și a instalării FOC. În cazul în care se respectă specificațiile pentru fixarea cablurilor, contribuția nominală a pierderilor la radiații nu depășește 20% din atenuarea totală. Există pierderi suplimentare de radiații dacă raza de îndoire a cablului devine mai mică decât raza minimă de îndoire specificată în specificația BOC.
Dacă nu luăm în considerare dispersia, adică distorsionarea semnalului pe măsură ce se propagă prin fibră, luăm în considerare posibilitățile posibile ale fibrei.
Lungimea de undă și frecvența radiației luminoase sunt corelate cu formula v = c / λ. unde c este viteza luminii (3 * 10 8 m / s). Diferențierea în raport cu λ. obținem dv / dλ = - c / λ 2. Prin urmare, fereastra Δν corespunde cu fereastra Δ λ în jurul λ 0. care
determinată prin formula: Δν = sΔλ / λ 2 0. Dacă λ 0 = 1300 nm și Δλ = 200 nm, = 35 THz Av (35 x 10 & 12Hz). dacă λ 0 = 1550 nm și Δλ = 200 nm, atunci Δv = 25 THz. Cele mai potrivite din punct de vedere al rețelei coloana vertebrală extinsă este o fereastră de 1550 nm, deoarece atenuarea minimă este atinsă la 0,2 dB / km în fereastra, Fig. 2.8. În ciuda unor astfel de resurse de fibre mari, este imposibilă realizarea transmisiei la 25 Tbit / s în prezent, deoarece frecvența de modulație corespunzătoare nu este încă realizabilă. Cu toate acestea, există un alt discurs foarte eficient, care are drept scop divizarea întregii trupe în canale mai mici. Fiecare dintre aceste canale poate fi folosit ca o aplicație separată. Această tehnologie este cunoscută sub numele de multiplexarea valurilor sau multiplexarea valurilor - WDM. Tehnologia WDM permite creșterea capacității de fibre de transfer nu se datorează unei creșteri a frecvenței de modulare (în prezența lungime de undă o transmisie - suport audio), precum și prin adăugarea de noi lungimi de undă (nou operator de transport). Singura condiție care trebuie îndeplinită este eliminarea suprapunerilor dintre canalele spectrale. Intervalul dintre lungimile de undă adiacente trebuie să fie mai mare decât lărgimea spectrului de emisie. Lămpile moderne cu un singur mod cu reflecție distribuită Bragg - lasere DBR - dau o bandă spectrală mai mică de 0,1 nm. Astfel, în intervalul 0,8 nm între lungimile de undă adiacente în fereastra 1530-1560 nm, corespunzătoare zonei de lucru a amplificatorului optic EDFA, poate găzdui aproximativ 40 de lungimi de undă - 40 de canale. Lățimea de bandă pentru fiecare canal atinge 10 Gbit / s și mai mult [8]. implementat tehnic transmitatoare optice pe baza multiplexare prin divizarea timpului - TDM, capabil de a fi introdus în semnalul TDM fibre optice cu o frecventa de 100 GHz, în raport cu un singur canal, prin care capacitatea totală a unei singure fibre a 4 Tbit / s (40 canale val de compactare) [9] . Dar transmiterea unui astfel de semnal pe distanțe lungi nu este ușor. Unul dintre principalii factori care împiedică acest lucru este dispersia.
Dispersie și lățime de bandă
Nu numai energia luminoasă este transmisă de-a lungul fibrei optice, ci și un semnal de informație util. Impulsurile luminii, a căror secvență determină fluxul informațional, se răspândesc în timpul procesului de propagare. Când lărgirea este suficient de mare, impulsurile încep să se suprapună, astfel încât izolarea lor devine imposibilă la primire.
Dispersia - extinderea pulsului - are dimensiunea timpului și este definită ca diferența patratică a duratelor pulsului la ieșire și
intrarea unui cablu cu lungimea L cu formula t (L) = t out 2 - t în 2 [10]. De obicei varianța
este normalizată la 1 km și este măsurată în ps / km. Dispersia este în general caracterizată de trei factori principali, considerați mai jos:
- diferența dintre vitezele de propagare ale modurilor ghidate (dispersia intermodelor τ mod),
- proprietățile de ghidare ale structurii ghidului de lumină (dispersia ghidului de undă
- proprietățile materialului fibrei optice (dispepsia materialului mat).
Cu cât valoarea varianței este mai mică, cu atât mai mult fluxul de informații poate fi transmis prin fibră. Varianța rezultată τ este determinată de formula:
transmisia și frecvența superioară a semnalelor transmise. Sensul fizic al W este frecvența maximă (frecvența de modulație) a semnalului transmis cu o lungime de linie de 1 km. Dacă dispersia crește liniar cu o distanță în creștere, atunci lățimea de bandă depinde în mod invers de distanța.
Dispersie cromatică
Dispersia cromatică constă din componentele materialului și ale ghidului de undă și apare atunci când se propagă atât în fibre unice, cât și în fibre multimodice. Cu toate acestea, se manifestă cel mai clar în fibra unică datorită absenței dispersiei intermodale.
Dispersia materialului este cauzată de dependența indicelui de refracție al fibrei de lungimea de undă. Expresia pentru dispersia unei fibre cu un singur mod include dependența diferențială a indicelui de refracție de lungimea de undă:
t mat (Δ λ L) = Δ λ L
unde am introdus coeficienții M (λ) și N (λ) - materiale specifice și dispersia ghidului de undă, respectiv, și Δλ (nm) - extinderea lungimii de undă datorată incoerența sursei de radiație. Valoarea rezultată a coeficientului de dispersie cromatică specifică este definită ca D (λ) = M (λ) + N (λ). Dispersia specifică are o dimensiune de ps / (nm * km). Dacă coeficientul de dispersie al ghidului de undă este întotdeauna mai mare decât zero, atunci coeficientul de dispersie a materialului poate fi pozitiv sau negativ. Aici, important este faptul că, la o anumită lungime de undă (aproximativ 1310 ± 10 nm pentru monomodală în trepte) o anulare reciprocă a M (λ) și B (λ), iar dispersia D (λ) rezultată devine zero. Lungimea de undă la care se întâmplă acest lucru se numește dispersia zero, lungime de undă Â 0. De obicei, o anumită lungime de undă specificată interval, în care poate varia λ 0 pentru fibra particular.
Corning utilizează următoarea metodă pentru a determina dispersia cromatică specifică. Întârzierile în timp se măsoară în propagarea impulsurilor de lumină scurtă într-o fibră lungă de cel puțin 1 km. După primirea probelor de date pentru mai multe lungimi de undă din domeniul de interpolare (800-1600 nm pentru MMF, 1200-1600 nm și SF DSF) se repetă măsurătorile probei întârzieri la aceleași lungimi de undă, dar numai pentru o (m lungime 2) din fibre de referință scurte . Momentele întârzierilor primite pe acesta sunt scoase din timpii corespunzători obținute pe fibrele lungi.
Pentru fibrele în gradient cu un singur pas și multimod gradient, se folosește formula empirică Selmeyer (Sellmeier, [4]): τ (λ) = A + Bλ -2 + Cλ -2. Coeficienții A, B, C sunt ajustabili și sunt aleși astfel încât
Punctele experimentale au fost poziționate mai bine pe curba τ (λ), Fig. 2.10. Apoi, dispersia cromatică specifică se calculează cu formula:
D (λ) = ∂τ / ∂λ = 2 (B λ + C λ -3) = S 0 (λ - λ 0 4 / λ 3)
unde λ 0 = (C / B) 1/4 - zero, dispersie lungime de undă, un nou parametru S 0 = 8B - panta zero dispersie (dimensiunea ps / nm 2 km) și λ - lungimea de undă de lucru, care este determinată de specificul dispersie cromatică.
Pentru fibrele schimbate prin dispersie, formula empirică pentru întârzierile de timp este scrisă ca τ (λ) = A + Bλ + C. λ. lnl și specificul corespunzător
Varianța este definită ca
D (λ) = ∂τ / ∂λ = B + C + Cln λ = λ 0 S 0 ln (λ / λ 0)
cu valori ale parametrilor λ 0 = e - (1 + B / C) și S 0 = C / λ 0 unde λ este lungimea de undă de lucru, λ 0 este lungimea de undă a dispersiei zero și S 0 este panta dispersiei zero.
Dispersia cromatică este legată de dispersia cromatică specifică prin relația simplă τ chr (λ) = D (λ). Δλ, unde Δλ este lățimea spectrului de emisie al sursei. Utilizarea unor surse de radiații mai coerente, de exemplu, emițătoarele laser (Δλ = 2 nm), și utilizarea unei lungimi de undă de lucru mai apropiate de lungimea de undă de dispersie zero conduce la o scădere a dispersiei cromatice. În tabel. 2.4 prezintă proprietățile de dispersie ale diferitelor fibre optice.
Tabelul 2.4. Dispersia semnalelor optice în diferite fibre optice
Pentru a păstra calitatea acceptabilă în timpul transmisiei semnalului - raportul semnal-zgomot nu a fost mai mic decât o anumită valoare - este necesar ca lărgimea de bandă a fibrei la lungimea de undă a transmisiei să fie mai mare decât frecvența de modulație. Următoarele sunt exemple de calcul al lungimii segmentului admisibil utilizând tabelul. 2.4.
Exemplul 2.1. Standardul Ethernet pentru fibra multimodă. Interfața optică 10Base-FL preia codificarea Manchester cu o frecvență de modulație de 20 MHz. Când se utilizează LED-uri cu Δλ = 35 nm (850 nm), lățimea de bandă specifică a fibrei este de 125 MHz 50/125 km și lungimea segmentului optic 4 km ar fi 31 MHz, care este mai mare de 20 MHz. Din punct de vedere al dispersiei, este permisă o lungime de 4 km cu caracteristica indicată a emițătorului optic și cu acest tip de fibră. Cu toate acestea, atenuarea, care la această lungime de undă este de 3 dB / km, nu este suficientă intervalul dinamic al transmițătorilor standard la această distanță. Standard Ethernet 10Base-FL set distanță admisibilă de 2 km cu cerințele mai puțin stricte ale ambelor caracteristici ale sistemului de cablu (de exemplu 62.5 / 125, prezența a mai multor uscate de legătură și articulațiile) și la transceivere optice - transceiver optice Ethernet (de exemplu Δλ = 50 nm).
Exemplul 2.2. Standardul FDDI pentru fibra multimodă. Interfața optică FDDI PMD presupune o codare 4V / 5V cu o frecvență de 125 MHz. Când se utilizează LED-uri cu Δλ = 35 nm (1310 nm), lățimea de bandă specifică a fibrei 62.5 / 125 MHz este de 450 km, iar lungimea de 2 km optic segment 225 MHz va fi cel mai mare de 125 MHz, adică în ceea ce privește dispersie 2 km lungime este permisă, care este în deplină conformitate cu standardul FDDI PMD pentru fibra multimod.
Dependența slabă a o lățime de bandă de fibră multimod (de exemplu, 62,5 / 125) din lățimea spectrală a sursei de radiație care funcționează la o lungime de undă de 1310 nm (450 km MHz când Δλ = 35 nm și 452 km MHz la Δλ = 2 nm) este explicată fracție minoră a dispersiei cromatice în comparație cu efectul intermode apropierea lungimii de undă de operare la o lungime de undă de dispersie zero. Astfel, cerințele tehnice pentru banda spectrală a emițătoarelor optice pentru lucrul la o fibră multimodă la o lungime de 1310 nm sunt de obicei slabe.
Exemplul 2.3. Standardul Fast Ethernet pentru fibra singlemode.