efectul este prezent simultan, astfel încât devine necesar să se ia în considerare efectul lor combinat pentru determinarea dispersiei totale a fibrei.
Atunci când se evaluează lățimea de bandă a unui sistem de comunicații optice sau viteza maximă a datelor, este necesar să se ia în considerare forma impulsurilor primite. Cele mai multe surse de radiație optică au aproximativ o distribuție de putere Gaussiană pe lungimi de undă. În acest caz, ar trebui să se aștepte ca forma impulsului primit să fie de asemenea și Gaussian.
Lărgirea pulsului are loc sub influența dispersiei intermodice și cromatice. Fie ca ambele mecanisme să fie independente una de cealaltă. Dacă τ 0 este durata re-
din impulsul dat la nivelul de putere semi-putere, τ mod este lărgirea pulsului datorită influenței dispersiei intermodului, τ chr este lărgirea pulsului care are loc în
ca urmare a influenței dispersiei cromatice, ca rezultat al influenței lor combinate asupra ieșirii, se formează un impuls de durată τ:
τ 2 = τ 0 2 + τ mod 2 + τ chr 2.
unde τ chr = τ mat + τ w
Fig. 11.3. Pulsul Gaussian transmis
11.4. Polarizarea modului de dispersie
Principalul motiv fizic pentru apariția dispersiei modului de polarizare (PMD) este ne-rotunjirea miezului fibrei. Câmpul electric al undei de lumină poate fi întotdeauna reprezentat ca o superpoziție a doi vectori liniar de polarizare ortogonale. În mod ideal fibră rundă cele două componente (modurile) se propagă cu aceeași viteză, și ca urmare a trecerii de lungimea fibrei a pulsului rezultată este aceeași ca intrare în fibra. Fibrele Real au o geometrie non-ideală, cu toate acestea, două componente diferite care au polarizare ortogonală se propagă cu viteze diferite. Ca și în convențional fotoreceptor linii de comunicație pe partea de recepție nu este echipat cu polarizatorul din cauza pierderii de putere și costul sistemului de comunicații a crescut și, simultan, primește un semnal de la cele două componente polarizate, conduce la puls lărgirea la ieșire, care se numește modul de polarizare de dispersie τ PMD.
Din cauza mărimii mici PMD se poate manifesta numai în monomodală, iar atunci când este utilizat de transmitere a semnalului de bandă largă (lățime de bandă de 2,4 Gbits / s și de mai sus), cu o bandă foarte îngustă de emisie spectrală
0,1 nm sau mai puțin. În acest caz, dispersia cromatică devine comparabilă cu dispersia modului de polarizare. Pentru a lua în considerare contribuția dispersiei modului de polarizare la dispersia rezultată, adăugați termenul pmd.
τ 2 = τ 0 2 + τ mod 2 + τ chr 2 + τ pmd 2.
Motivul principal al apariției dispersiei modului de polarizare este non-rotunjimea (ovalitatea) profilului miezului fibrei unice care are loc în timpul fabricării sau funcționării fibrei. Fibrele standard tind să fie fabricate cu cât mai puțin posibilă circularitate, dar este imposibil să se obțină un profil de fibră ideal
dar. Există mai mulți factori de creștere pentru anizotropia profilului fibrei [12]:
• imperfecțiunea procesului de fabricare a fibrelor,
• răsucirea fibrelor în fabricarea cablurilor,
• cablurile se îndoaie și ca urmare deformarea mecanică a fibrelor,
• schimbări ale temperaturii ambiante, încărcăturile vântului, deformarea datorată înghețării cablurilor cu fibră optică.
Datorită prezenței factorilor dinamici, chiar și într-un singur segment de fibre, este imposibil să se determine direcția de polarizare a semnalului. Pe de altă parte, în locurile de conectare sau îndoire a fibrelor există interacțiune sau amestecare a modurilor ortogonale. În consecință, dispersia modului de polarizare rezultată este aleatoare și proporțională cu rădăcina pătrată a lungimii legăturii optice L:
unde D pmd este coeficientul de dispersie a modului de polarizare.
O diferență semnificativă a dispersiei modului de polarizare a cromatica este faptul că efectele dispersiei cromatice în linia poate fi compensată, în timp ce metodele avansate de plată influențează dispersia modul de polarizare nu este dezvoltat în prezent.
11.5. Compensarea pentru varianță
Abordarea clasică compensarea dispersiei cromatice este după cum urmează: într-o componentă de sistem de transport se adaugă cu dispersie cromatică negativă constantă, pentru a reduce la zero dispersia cromatică acumulată a liniei de transmisie. Cu un design atent, această tehnologie poate crește semnificativ lungimea liniilor de transmisie.
chi cu viteze de până la 10 Gbit / s. Succesul metodelor de compensare statică depinde de gradul în care dispersia constantă a cablului compensator sau a altor componente este compatibilă cu dispersia liniei de transmisie.
Dezvoltarea logică a metodelor de compensare este utilizarea unor astfel de componente, a căror dispersie poate fi rearanjată atât în magnitudine cât și în lungime de undă, ceea ce permite posibilitatea unei compensări dinamice. Pentru compensarea dinamică, se utilizează feedback în care varianța măsurată este utilizată pentru a genera un semnal de comandă pentru dispozitivul de compensare a varianței.
Pe baza concluziilor prelegerii anterioare privind natura dispersiei materialelor, se obține o formulă pentru calcularea dispersiei materialelor în fibrele optice. Se arată că dispersia materialului în fibrele optice este determinată de valoarea celui de-al doilea derivat al indicelui de refracție
∂ 2 n. Dispersia cromatică și conceptul de lungime
valuri de dispersie zero, dispersie mod de polarizare. Se are în vedere efectul comun al diferitelor tipuri de dispersie.
Probleme și sarcini
11.1. Prin ce formula este dispersia materialului calculată în propagarea unui semnal într-un mediu în vrac?
11.2. Care este lățimea spectrului sursei de radiații?
11.3. În ce unități se măsoară varianța materială? (vezi prelegerea nr. 10)
11.4. Ce este dispersia cromatică?
11.5. Care este lungimea de undă a dispersiei zero?
11.6 Ce este PMD (Dispersia modului de polarizare)?
11.7. În ce unități este măsurată dispersia modului de polarizare?
11.8. Cum să țineți cont de influența comună a diferitelor tipuri de dispersie?
11.9. Este posibilă compensarea dispersiei modului de polarizare?
11.10. Estimați distanța L o. în care dispersia modul cromatice și polarizarea sunt comparate în mărime, în cazul în care coeficientul de dispersie cromatică D = 2 ps / (km nm), un coeficient modal de polarizare
Dispersia D pmd = 0,5 ps / km. iar lățimea radiației spectrale este λ = 0,05 nm.
Curs 12 Fading în fibră.
12.1. Pierderi la fibrele optice
Atenuarea luminii într-o fibră este influențată de factori cum ar fi pierderea pe absorbție, pierderea de împrăștiere, pierderile prin cablu. Absorbția și împrăștierea împreună se numesc pierderi intrinseci, în timp ce pierderile prin cablu sunt de asemenea numite pierderi suplimentare datorită naturii lor.
Pierderile intrinseci α int
Fig. 12.2. Absorbția într-o fibră de cuarț unică (conform datelor din [4]).
Luați în considerare pierderile de absorbție. După cum sa arătat mai devreme în secțiunea 10.3, rezonanțele electronice și atomice responsabile de dispersia materialului determină, de asemenea, absorbția în vecinătatea frecvențelor rezonante. Pentru materialele care ne interesează, acestea sunt rezonanțe în regiunea ultravioletă a spectrului asociate cu vibrațiile electronilor optici și rezonanțele din regiunea infraroșu cauzate de vibrațiile atomilor din rețeaua cristalină. Deși aceste rezonanțe se află foarte departe de cele utilizate în liniile de comunicații optice, ele determină o astfel de absorbție puternică
cozile benzilor lor de absorbție captează această regiune la un nivel foarte scăzut al pierderilor (a se vedea Figura 12.2).
Marginea benzilor de absorbție în raze ultraviolete și în infraroșu joacă un rol important în materialele utilizate pentru fabricarea fibrelor optice. Totuși, aceste materiale pot conține, de asemenea, impurități capabile să producă absorbție la lungimi de undă de interes pentru noi. Chiar și concentrațiile nesemnificative de impurități conduc la apariția vârfurilor pe curba pierderii (figura 12.2). Trebuie remarcat un maxim de absorbție caracteristic în regiunea de 1480 nm, care corespunde vaporilor de apă. Acest vârf este întotdeauna prezent. Datorită pierderilor mari, regiunea spectrală din apropierea acestui vârf nu a fost utilizată până în prezent. Cu toate acestea, în ultimii ani sa dezvoltat o tehnologie fundamental nouă pentru fabricarea fibrelor optice, care elimină prezența vaporilor de apă în fibra optică, ceea ce ne-a permis să vorbim despre deschiderea unei ferestre noi pentru transparență.
Pierderi în împrăștiere. Prin natura sa, fibra de cuarț este o structură dezordonată în care există deviații microscopice față de densitatea medie a materialului, precum și schimbări microscopice locale în compoziție. Fiecare dintre aceste modificări conduce la fluctuații ale indicelui de refracție în cadrul regiunilor a căror dimensiune este mică în comparație cu lungimea de undă a benzii optice. Este numită împrăștierea luminii prin astfel de neomogenități microscopice
Pierderile datorate împrăștierii Rayleigh pot fi reduse la minimum printr-un control mai atent al procesului de răcire prin topire, de unde fibrele vor fi apoi extrase. O caracteristică caracteristică a acestui fenomen este faptul că puterea este disipată și, prin urmare, pierderile sunt invers proporționale cu lungimea de undă a celei de-a patra puteri. Din fig. 12.2 faptul că împrăștierea Rayleigh, mai degrabă decât marginea benzii de absorbție ultravioletă, este principala cauză a pierderilor în fibrele optice cuarț, dar lungimile de undă mai scurte
Pierderile de cabluri α rad sunt cauzate de răsucirea, deformările și curbele de fibre,
capacele și carcasele de protecție, producția de cabluri și fixarea acestora. La nivelul actual de producție, dacă sunt îndeplinite condițiile tehnice, contribuția pierderilor la cablu trebuie să fie minimă.
Lungimea de undă tăiată este definită ca fiind cea mai mică lungime de undă la care se realizează un mod de propagare a radiației cu un singur mod în fibră. Lungimea de undă la decupare depinde de tensiunea fibrei, raza de îndoire a fibrei, compresia etc. Prin urmare, lungimea de undă a cutoff-ului cablului optic este mai mică decât lungimea de undă cutoff a fibrei libere.
12.2. Lungime de undă optimă pentru fibră optică din cuarț. Resurse potențiale de fibră optică
Principalele caracteristici ale sistemelor de comunicație sunt lățime de bandă și distanța dintre repetoare și fibrele care definesc parametrii - pierdere și dispersie. fibre optice moderne optimizate pentru transmisia la lungimi de undă de 850 nm, 1310 nm, 1550 nm. Primul link pe fibre multimod a lucrat în fereastra de transparență aproape de lungimea de undă de 850 nm (aceasta este prima fereastră transparentă). Această lungime de undă corespunde celor mai frecvente surse de radiație din arsenid de galiu. Linii coloana vertebrală și intra-comunicare rula într-o a doua fereastră de transparență aproape de 1310 nm lungime de undă (1285 ÷ 1330 nm). Lungimea de undă de 1310 nm corespunde cu o lungime de undă de fibre de siliciu cu dispersie nulă, în care în vecinătatea 1310 nm are loc un minim local al pierderii (Fig. 12.2). Lungimea de undă de 1550 nm corespunde cu pierderi minime de fibre (aceasta este a treia fereastra de transparență). Cele mai promițătoare pentru rețelele de comunicații de mare capacitate este a treia (1530 ÷ 1565 nm) și a patra (1565 ÷ 1625 nm), fereastra spectrală, în care toate tipurile moderne de fibre optice au cea mai mică atenuare (0,18 ÷ 0,20 dB / km).
Fără a lua în considerare dispersia, să luăm în considerare posibilele posibilități ale fibrelor [3]. Lungimea de undă și frecvența luminii-
radiațiile sunt legate una de cealaltă prin formula
ν ≈ 25Thz. Cel mai potrivit
Din punctul de vedere al rețelelor de lungă distanță, fereastra este de 1550 nm, deoarece în această fereastră se obține o atenuare minimă a semnalului. În ciuda unor astfel de resurse de fibre mari, este imposibil să se implementeze transmisia la 25 Tbit / s în prezent, deoarece frecvența de modulație corespunzătoare nu este încă realizabilă. Cu toate acestea, există o altă soluție eficientă, care are drept scop divizarea întregii benzi în canale mai mici. Fiecare dintre aceste canale poate fi folosit ca o aplicație separată. Această tehnologie,
Este cunoscută sub numele de multiplexarea valurilor (WDM). teh-
WDM vă permite să măriți debitul de fibre nu prin mărirea frecvenței de modulare, ci prin adăugarea de noi suporturi de lungimi de undă. Singura condiție care trebuie îndeplinită este eliminarea suprapunerii dintre canalele spectrale.
Gradient multimode fiber. Utilizată pe scară largă
Sunt utilizate două standarde ale fibrelor gradient multimode - 62,5 / 125 și 50/125. Lățimea de bandă a acestor fibre, la o lungime de undă de 1300 nm, este de două ori lățimea de bandă, la o lungime de undă de 850 nm. Acest lucru este explicat după cum urmează. Lățimea de bandă este determinată de dispersia, care constă din intermode și dispersia cromatică. Dacă dispersia intermode depinde slab de lungimea de undă (vezi. (10.4)), dispersia cromatică este proporțională cu lățimea spectrului de emisie (11.8). dispersia cromatică în vecinătatea de 1300 nm sunt foarte mici, dar crește pentru lungimea de 850 nm. Având în vedere că, de obicei, diode emiteoare de lumină având o lățime a spectrului de frecvență sunt utilizate ca transmițătoare
λ ≈ 50 nm. dispersie cromatică la 850 nm
începe să joace un rol important împreună cu dispersia intermodală. Reducerea semnificativă a dispersiei cromatice poate fi folosită ca sursă de diode cu radiații laser care au o lățime mult mai mică a spectrului de radiații. Pentru a profita pe deplin de surse laser poate doar atunci când se utilizează monomodală în ferestrele transparente 1310 nm și 1550 nm atunci când dispersia intermode complet offline și numai dispersia cromatică.
Fibre unice. Din punct de vedere al dispersiei, fibrele monomodale existente sunt împărțite în trei tipuri: standard, fibre de SF cu un profil în trepte (. Figura 12.3, o), Dispersie mutat din fibre DSF (Figura 12.3, b.) Și fibre cu o dispersie nenulă mutat NZDSF.
Indicele de refracție relativ (%)