Диапазон длин волн от 820 до 850 им часто используется для передачи во многих волоконно-оптических системах. В этом диапазоне длин волн молекулярная дисперсия равна примерно 0.1 нсек/нм ширины спектра.

Волноводная дисперсия

Волноводная дисперсия, (наиболее важный вид дисперсии в одномодовых ю-локнах) обусловлена тем, что оптическая энергия движется как по ядру, так и по оптической оболочке, имеюш;им различные показатели преломления. Излучение движется со слегка различаюш;имися скоростями в ядре и оптической оболочке, что связано с разными показателями преломления. Изменение внутренней структуры волокна позволяет существенно влиять на волноводную дисперсию, тем самым изменяя специфицированную общую дисперсию волокна. Это является одним из перспективных направлений разработки одномодовых систем, которые будут рассмотрены в последней главе.

Ширина полосы пропускания и дисперсия

Многие производители волокна и оптического кабеля не специфицируют дисперсию в многмодовых изделиях. Вместо этого они указывают произведение ширины полосы пропускания на длину, или просто полосу пропускания, вьфаженную в мегагерцах-километрах. Полоса пропускания в 400 МГц-км означает возможность передачи сигнала в полосе 400 МГц на расстояние 1 км. Это также означает, что произведение максимальной частоты сигнала на длину передачи может быгь меньше или равно 400. Другими словами, можно передавать сигнал более низкой частоты на большее расстояние или более высокой частоты на меньшее расстояние, как показано на рис. 6.3.

Волокно 400 МГц-км

too 200 300 400 500 ООО 700

Скорость передачи (МГц)

1000

Рис. 6.3. Зависимость дистанции передачи от ширины полосы пропускания для 400 МГц-км волокна

В одномодовых волокнах спецификация дисперсии необходима. В этом случае дисперсия выражается в пикосекундах на километр и на нанометр спектральной ширины источника (псек/км/нм). Иначе говоря, для заданного одномодового волокна дисперсия в основном определяется спектральной шириной источника: чем шире полоса излучения источника, тем больше дисперсия. Выражение полосы пропускания через одномодовую дисперсию является сложным, его приблизительная оценка может быть получена на основе следуюш;его уравнения:

BW =--

(Disp)iSW)(L)

Disp = дисперсия на рабочей длине волны в сек на нанометр и на километр

SW = ширина спектра источника в нм L = длина волокна в км Например, при значениях: Дисперсия =3.5 сек на нм на км Ширина спектра = 2 нм Длина волокна = 25 км будет получено следуюш;ее значение:

0.187

(ЗЛ X 10 * с/нм/км) (2 ш)( 25км)

= 1068 МГц или грубо 1ГГц

Удвоение полосы излучения источника до 4 нм суш;есгвенно уменьшает полосу пропускания примерно до 535 МГц. Таким образом, спектральная ширина источника оказывает заметное влияние на качество одномодовьк систем.

Затухание

Затуханием называется потеря оптической энергии по мере движения света по волокну. Измеряемое в децибелах на километр, оно изменяется от 300 дБ/км для пластикового волокна до примерно 0.21 дБ/км для одномодового волокна.

Затухание зависит от длины волны света. Суш;ествуют окна прозрачности, в которых свет распространяется вдоль волокна с малым затуханием. На заре своего развития оптические волокна работали в окне прозрачности от 820 до 850 нм. Второе окно относится к области нулевой дисперсии вблизи 1300 нм. Третье окно находится в области 1550 нм. Типичное волокно со структурой показателя преломления 50/125 имеет затухание 4дБ/км при 850 нм и 2.5дБ/км при 1300 нм, что соответствует увеличению эффективности передачи в 30%.

Области высокого затухания находятся вблизи 730, 950, 1250 и 1380 нм. Лучше избегать работы в этих диапазонах. Регулирование потерь в волокне может быть достигнуто выбором соответствуюш;ей длины волны для передачи. На рис. 6.4 представлена типичная кривая затухания для многомодового

Спектральная характеристика затухания волокна

800 900 1000 1100 200 1300 1400 1 500 1600

Длина волны (нм)

Рис. 6.4. Зависимость затухания от длины волны в многомодовом волокне (рисунок предоставлен Corning Glass Works)

волокна с низкими потерями. Рис. 6.5 представляет ту же кривую для одномодового волокна. Отметим высокие потери в переходной области, в которой многомодовый режим работы волокна изменяется и становится одномодовым.

Снижение потерь в волокне требует, чтобы источник света работал в области длин волн с наименьшим затуханием.

Пластиковое волокно лучше всего работает в видимом диапазоне около 650 нм.

Важнейшей особенностью затухания в оптическом волокне является его независимость от частоты модуляций внутри полосы пропускания. В медных кабелях затухание увеличивается с частотой сигнала: чем больше частота, тем больше затухание. Сигнал с частотой 25 мегагерц имеет большее зату-

4.0 п

3.0-

Переходная область

0.8 О

1.0 1.1 ila м i.e

Длина волны (мш)

Рис. 6.5. Зависимость затухания от длины волны в одномодовом волокне (рисунок предоставлен Corning Glass Works)