Оптичне волокно
3.3 ОПТИЧНЕ ВОЛОКНО
Можна виділити чотири основні явища в оптичному волокні, що обмежують характеристики систем WDM - це хроматична дисперсія, поляризаційна модів дисперсія першого і другого порядку і нелінійні оптичні ефекти.
3.3.1 Хроматична дисперсія
Важливою оптичної характеристикою скла, використовуваного при виготовлення волокна, є дисперсія показника заломлення, що виявляється в залежності швидкості поширення сигналу від довжини хвилі - матеріальна дисперсія. Крім цього, при виробництві одномодового волокна, коли кварцова нитка витягується зі скляної заготовки, в тій чи іншій мірі виникають відхилення в геометрії волокна і в радіальному профілі показника заломлення. Сама геометрія волокна разом з відхиленнями від ідеального профілю також вносить істотний внесок в залежність швидкості поширення сигналу від довжини хвилі, це - волноводная дисперсія.
Спільне вплив матеріальної і хвилеводної дисперсій називають хроматичної дисперсією волокна, рис. 3.16.
Рис.3.16 Залежність хроматичної дисперсії від довжини хвилі
Явище хроматичної дисперсії слабшає у міру зменшення спектральної ширини випромінювання лазера. Навіть якби можна було використовувати ідеальне джерело монохроматичноговипромінювання з нульову шириною лінії генерації, то після модуляції інформаційним сигналом сталося б спектральний розширення сигнал, і тим більше розширення, чим більше швидкість модуляції. Є й інші чинники, що призводять до спектрального розширенню випромінювання, з яких можна виділити чірпірованіе джерела випромінювання.
Таким чином, вихідний канал представлений не єдиною довжиною хвилі, а групою довжин хвиль у вузькому спектральному діапазоні - хвильовим пакетом. Так як різні довжини хвиль поширюються з різними швидкостями (або точніше, з різними груповими швидкостями), то оптичний імпульс, який має на вході лінії зв'язку строго прямокутну форму, в міру проходження по волокну ставатиме все ширше і ширше. При великому часу поширення в волокні цей імпульс може змішатися з сусідніми імпульсами, ускладнюючи точне їх відновлення. Зі збільшенням швидкості передачі і довжини лінії зв'язку вплив хроматичної дисперсії зростає.
Хроматична дисперсія, як уже говорилося, залежить від матеріальної і хвилеводної складових. При деякій довжині хвилі # 955; o хроматична дисперсія наближається до нуля - цю довжину хвилі називають довжиною хвилі нульової дисперсії.
Одномодовое кварцове волокно зі ступінчастим профілем показника заломлення має нульовий дисперсією на довжині хвилі 1310 нм. Таке волокно часто називають волокном з несмещенной дисперсією.
Волноводная дисперсія в першу чергу визначається профілем показника заломлення серцевини волокна і внутрішньої оболонки. У волокні зі складним профілем показника заломлення, змінюючи співвідношення між дисперсією середовища і дисперсією хвилеводу, можна не тільки змістити довжину хвилі нульової дисперсію, але і підібрати потрібну форму дисперсионной характеристики, тобто форму залежності дисперсії від довжини хвилі.
Форма дисперсионной характеристики є ключовою для систем WDM, особливо, по волокну зі зміщеною дисперсією (Рек. ITU-T G.653).
Крім параметра # 955; o використовують параметр So. описує нахил дисперсионной характеристики на довжині хвилі # 955; o. Мал. 3.17. У загальному випадку, нахил на інших довжинах хвиль відрізняється від нахилу при довжині хвилі # 955; o. Поточне значення нахилу So визначає лінійну складову дисперсії в околиці # 955; o.
Мал. 3.17 Основні параметри залежності хроматичної дисперсії від довжини хвилі: # 955; o - довжина хвилі нульової дисперсії і So - нахил дисперсионной характеристики в точці нульової дисперсії
хроматичну дисперсію # 964; chr (зазвичай вимірюється в пс) можна розрахувати за формулою
де D (# 955;) - коефіцієнт хроматичної дисперсії (пс / (нм * км)). а L - довжина лінії зв'язку (км). Зауважимо, що дана формула не точна в разі ультра вузькосмугових джерел випромінювання.
На рис. 3.18 окремо показані залежності хвилеводної дисперсії для волокна з несмещенной (1) і зміщеною (2) дисперсією і матеріальної дисперсії від довжини хвилі.
Мал. 3.18 Залежність дисперсії від довжини хвилі (хроматична дисперсія визначається як сума матеріальної і хвилеводної дисперсій.)
Хроматична дисперсія системи передачі чутлива до:
• збільшення довжини і числа ділянок лінії зв'язку;
• збільшення швидкості передачі (тому що збільшується ефективна ширина лінії генерації джерела).
На неї в меншій мірі впливають:
• зменшення частотного інтервалу між каналами;
• збільшення числа каналів.
Хроматична дисперсія зменшується при:
• зменшення абсолютного значення хроматичної дисперсії волокна;
• компенсації дисперсії.
У системах WDM зі звичайним стандартним волокном (Рек. ITU-T G.652) хроматичної дисперсії слід приділяти особливу увагу, так як вона велика в області довжини хвилі 1550 нм.