Название: Направление системы электросвязи Часть 1 - учебное пособие (Анатолий Денисов, Константин Алексеев)

Жанр: Технические

Просмотров: 4413

Модовая дисперсия

В оптических кабелях, выполненных на многомодовых волокнах, наибольший вклад в уширение импульсов вносит модовая дисперсия. Процесс распространения электромагнитной волны в оптическом волокне можно анализировать методами геометрической оптики, который более целесообразен для детального исследования характеристик световодов.

Разные моды имеют различную скорость распространения. В геометрической интерпретации соответствующие модам лучи идут под разными углами, проходят различный путь в сердцевине волокна и, следовательно, поступают на выход с различной задержкой.

Следует раздельно рассмотреть процесс возникновения модовой дисперсии в ступенчатых и градиентных волокнах. В кабелях со ступенчатыми волокнами скорость всех лучей, зависящая от коэффициента преломления сердцевины, одинакова и составляет . Величина модовой дисперсии в таких волокнах определяется из выражений:

· при     

;                                                 (24)

· при

.                                            (25)

Длина связи мод  (5…7 км для ступенчатого волокна) – это длина оптического волокна, после прохождения которого в результате взаимного преобразования мод на нерегулярностях (обмен энергии между модами и их высвечивание) соотношение между мощностями различных мод становится практически постоянным. Модовая дисперсия в этом случае возрастает уже не по линейному, а по кореньквадратичному закону.

На рис. 16 представлена зависимость τмод.

Рис. 16

Лучевая модель, иллюстрирующая механизмы возникновения модовой дисперсии в ступенчатых волокнах, показана на рис. 17.

Рис. 17

В градиентных волокнах различные лучи также проходят различный путь. Однако их скорость v = c/n различна. Околоосевые лучи распространяются по короткой траектории, однако в среде со сравнительно высоким n, т.е. с малой скоростью. Периферийные лучи – по длинной траектории, но в основном в среде с низким n, т.е. с большой скоростью (рис. 18).

Рис. 18

В целом задержка мод оказывается приблизительно одинаковой, а уширение импульсов по сравнению со ступенчатыми волокнами снижается более чем в 10 раз.

Величина модовой дисперсии в градиентных волокнах определяется из выражений:

· при

;                                         (26)

· при

.                                    (27)

Значение  в градиентных волокнах составляет порядка 10…

15 км.

В табл. 5 приведены значения модовой дисперсии τмод в ступенчатых и градиентных волокнах при различных длинах линии и различных соотношениях показателей преломления сердцевины и оболочки.

Таблица 5

Хроматическая (частотная) дисперсия

Данная дисперсия вызвана наличием спектра частот у источника излучения, характером диаграммы направленности и его некогерентностью. Хроматическая дисперсия включает в себя материальную, волноводную и профильную (для реальных волокон).