Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [ 18 ] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

Здесь No обозначает минимальное время прохождения, а величина {К) - No I характеризует разброс времени прохождения схИ, если его оценивать значением к, которое соответствует большей из величин {ко - (Х„ - 0,5 Ак)] и [{к + 0,5 Ак) - ко\.


Nctjl

Рис. 2.14. Область минимального разброса времени распространения света в волокне:

Нормализоваииое время распространения света равно N-ct/l. С другой стороны, Н-Фв-"n-hln/dX, и, следовательно, имеется минимальное значение Ыц иа длине волны X,-Хо. Разложение в ряд Тейлора в окрестности Хо имеет вид

I dk 4, 21 I dX /х. 31 I dk /я,.

где х-\-ко, а первый член ряда обращается в нуль. В формуле (2.2.49) третьим и четвертым членами пренебрегли



Имеют место два случая:

1. (ко - 0,5 ДХ.) < <: kg, как показано на рнс. 2.14, б, тогда

(2.2.52)

2. к

{ко + 0,5 ДХ,), как изображено на рис. 2.14, в, тогда

ст Хр / d»w

(2.2.53)

Неучтенные члены разложения более высокого порядка становятся значительными, если ширина спектра источника излучения ДХ, приближается к 100 нм.

При km = ко дисперсия в объеме материала становится минимальной и равной

Для чистого кварца на длине волны к = ко = к = 1,276 мкм. Следовательно, тИ = 2-10- с/м.

К {dP nldk)x, = -0,048.

Рассмотрим имеющиеся светодиоды, излучение которых центрировано относительно ко. Они имеют у = 0,04. Это подразумевает разброс длин волн порядка 51 нм относительно 1,276 мкм, а также т = = 3,2-10-" = 32 нс/км и (Д/) I = 8 ГГц- км. При использовании лазерного источника излучения значения приведенных величин были бы на два порядка лучше. В любом случае дисперсионный параметр становится очень малым, и это вынуждает разрабатывать источники излучения и фотоприемники для работы в данной области спектра.

По поводу рис. 2.13 можно также сделать два следующих замечания. Первое - величина Ym остается весьма малой на длинах волн в окрестности ко. Например, для чистого кварца на длине волны к = = 1,55 мкм, лежащей, как будет показано в § 2.5, в области минимума потерь, Km = - 0.01. обеспечивая x/Z = 3,4-10-" у. В таком случае при использовании источника излучения су = 0,04 получаемт = = 1,3 нс/км и (Д/) I = 200 МГц км, тогда как у = 0,004 будем иметь т/1 = 0,13 нс/км и (Д/) I = 2 ГГц. Второе замечание состоит в том, что величину ко можно изменять, вводя различные примеси. Как видно из рис. 2.13, введение бора может сделать ее менее 1,22 мкм, а легирование германием позволяет поднять ее до 1,37 мкм.



2.3. СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСИИ МАТЕРИАЛА И МЕЖМОДОВОЙ ДИСПЕРСИИ

До сих пор рассматривалось два независимых эффекта, которые обусловливают временную дисперсию в оптических волокнах: меж-модовая дисперсия и дисперсия материала. Следует ожидать, что при нормальных условиях оба эффекта присутствуют одновременно и возникает вопрос, каким образом следует их объединять при определении общей дисперсии оптического волокна.

Если рассматривать только разницу времен прохождения волокна самой быстрой и самой медленной волнами, то следовало бы просто сложить эти два эффекта надлежащим образом. Первая из них должна была бы иметь наибольшую групповую скорость и распространяться по кратчайшему оптическому пути, а вторая, наоборот, с наименьшей групповой скоростью проходит самый длинный оптический путь. Однако для практических целей такой подход слишком прост и дает завышенные значения дисперсии.

При оценке полосы пропускания оптической системы связи или, что то же самое, максимальной скорости передачи данных необходимо учитывать форму принимаемых импульсов. Форма принятого им пульса, уширенного из-за влияния дисперсии материала волокна, будет характеризовать распределение мощности по длинам волн, образующих этот импульс. Большинство оптических источников излучения обычно имеют приблизительно гауссово распределение мощности по длинам волн. В таком случае следует ожидать, что форма принятого импульса будет также гауссовой относительно среднего времени прихода импульса to, как это показано на рис. 2.15, а. Хотя еще нет теоретической основы для предсказания распределения мощности по различным траекториям лучей, распространяющихся в волокне, однако интуитивно разумно предположить, что наиболь-. шая часть мощности будет переноситься теми лучами, которые проходят по среднему оптическому пути, а не по кратчайшему или самому длинному. А если это так, то и межмодовая дисперсия также будет вызывать уширение импульса приблизительно по гауссовому закону.

Предположим теперь, что уширение импульса происходит под влиянием как межмодовой, так и материальной дисперсии, что оба механизма независимы друг от друга и что каждый из них приводит к появлению гауссова импульса длительностью Xj и т, соответственно измеренной на уровне 0,5. Тогда в результате их совместного влияния образуется импульс, который будет оставаться приближенно гауссовым по форме, а его длительность на уровне 0,5 будет определяться выражением

т = (т:+т)/2. (2.3.1)

Если передаваемый импульс не бесконечно короткий, а также приблизительно гауссовый с длительностью на уровне 0,5, равной т,„



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [ 18 ] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0012