Характеристики

волокна

в этой главе рассматриваются наиболее важные для пользователей и конструкторов характеристики оптических волокон и продолжается начатое в предыдущей главе их обсуждение.

Дисперсия

Как отмечалось в предыдущей главе, дисперсия - это расплывание светового импульса по мере его движения по оптическому волокну. Дисперсия ограничивает ширину полосы пропускания и информационную емкость кабеля. Скорость передачи битов должна быть при этом достаточно низкой, чтобы избежать перекрытия различных импульсов. Чем ниже скорость передачи сигналов, тем реже располагаются импульсы в цепочке и тем большая дисперсия допустима. Существует три вида дисперсии:

1. Модовая дисперсия

2. Молекулярная дисперсия

3. Волноводная дисперсия

Модовая дисперсия

Модовая дисперсия свойственна только многомодовым волокнам. Она возникает из-за того, что лучи проходят различные пути и, следовательно, достигают противоположного конца волокна в различные моменты времени. Модовая дисперсия может быть уменьшена тремя способами:

1. Использование ядра с меньшим диаметром, поддерживающим меньшее количество мод. Ядро диаметром 100 микрон поддерживает меньшее число мод, чем ядро в 200 микрон.

2. Использование волокна со сглаженным индексом, чтобы световые лучи, прошедшие по более длинным траекториям, двигались со скоростью, превышаюш;ей среднюю, и достигали противоположного конца волокна в тот же момент времени, что и лучи, движуш;иеся по коротким траекториям.

3. Использование одномодового волокна, позволяюш;его избежать модовой дисперсии.

Молекулярная дисперсия

Различные длины волн (цвета) также движутся с различными скоростями по волокну, даже в одной и той же моде. Ранее мы видели, что показатель преломления равен

сп =

где с- скорость света в вакууме uv - скорость, соответствующая длине волны в веществе.

Поскольку каждая длина волны движется с разной скоростью, то величина скорости V в этом уравнении изменяется для каждой длины волны. Таким образом, показатель преломления изменяется в зависимости от длины волны. Дисперсия, связанная с этим явлением, называется молекулярной дисперсией, поскольку зависит от физических свойств вещества волокна. Уровень дисперсии зависит от двух факторов:

1. Диапазон длин волн света, инжектируемого в волокно. Как правило, источник не может излучать одну длину волны; он излучает несколько. Диапазон длин волн, выраженный в нанометрах, называется спектральной шириной источника. Светодиод (СИД) характеризуется большей спектральной шириной, чем лазер - около 35 нм для светодиод а и от 2 и до 3 нм для лазера.

2. Центральная рабочая длина волны источника. В области 850 нм более длинные волны (более красные) движутся быстрее по сравнению с более короткими (более голубыми) длинами волн. Волны длиной 860 нм движутся быстрее по стеклянному волокну, чем волны длиной 850 нм. В области 1550 нм ситуация меняется: более короткие волны движутся быстрее по сравнению с более длинными; волна 1560 нм движется медленнее, чем волна 1540 нм. В некоторой точке спектра происходит совпадение, при этом более голубые и более красные длины волн движутся с одной и той же скоростью. Это совпадение скоростей происходит в области 1300 нм, называемой длиной волны с нулевой дисперсией. Рис. 6.1 отражает данную идею. Длина стрелок соответствует скорости длин волн; следовательно, более длинная стрелка соответствует более быстрому движению.

Рис. 6.2 показывает типичную картину дисперсии вещества одномодового волокна. На длине волны 1300 нм дисперсия равна нулю. В области длин волн, меньших 1300 нм, дисперсия отрицательна - волны отстают и прибывают позднее. В области свыше 1300 нм волны опережают и прибывают раньше.

850нм

1300НМ

Относительное время распространения

Длинная X (850нм) Короткая X (845нм)

Длинная X (1300нм) Короткая X (1295нм)

Длинная X (1550нм)

1550НМ Короткая А. (1545нм)

Рис. 6.1. Молекулярная дисперсия и длина волны Молекулярная дисперсия

800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

Дпина волны (ни)

Рис. 6.2. Молекулярная дисперсия и длина волны нулевой дисперсии (рисунок предоставлен Coming Glass Works)

Молекулярная дисперсия является основным видом дисперсии в одномодовых системах. Напротив, в многомодовых системах наиболее существенной является модовая дисперсия, так что молекулярной дисперсией можно пренебречь. Во многих случаях модовая дисперсия не играет никакой роли при конструировании волоконных систем. Скорости слишком малы или расстояния слишком незначительны.