Поляризационная модовая дисперсия

Поляризационная модовая дисперсия t_pmd возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Коэффициент удельной дисперсии T нормируется в расчете на 1 км и имеет размерность (пс/км^1/2), а t_pmd растет с расстоянием по закону:

t_pmd =T·L^1/2. (7.19)

Из-за небольшой величины t_pmd может проявляться исключительно в одномодовом волокне, причем когда используется передача широкополосного сигнала (полоса пропускания 2,4 Гбит/c и выше) с очень узкой спектральной полосой излучения 0,1 нм и меньше. В этом случае хроматическая дисперсия становится сравнимой с поляризационной модовой дисперсией.

 

 

Таблица 7.1 – Параметры источников излучения

№	Источник излучения	Длина волны излучения, нм	Диапазон	Ширина спектра источника , нм
	Светодиод на основе GaAs		ИК
	Лазерный диод на основе GaAs		ИК

 

Таблица 7.2 – Параметры многомодового оптоволокна ( по данным [2] ).

Тип волокна	Длина волны,     нм	D	n1	Длина волны нулевой дисперсии lо, нм	Наклон нулевой дисперсии So, пс/(нм2×км)
grad MMF 50/125		0,013	1,47	1297-1316	<0,101
grad MMF 62,5/125		0,02	1,46	1322-1354	<0,097

 

 

Таблица 7.3 – Параметры одномодового волокна ( по данным [2] ).

Тип волокна	Длина волны,   нм	Межмодовая дисперсия tmod, пс/км	Длина волны нулевой дисперсии lо, нм	Наклон нулевой дисперсии So, пс/(нм2×км)
SF 8/125			1301,5-1321,5	<0,092
DSF 8/125				<0<085

 

· Полное затуханиев волокне определяется в виде суммы:

(7.20)

где - собственные потери, - кабельные(или радиационные) потери.

Затухание a измеряется в Дб/км.

· Собственные потери обусловлены поглощением и рассеянием излучения в волокне. На рисунке 7.2 и 7.3 приводится общий вид собственных потерь.

Рисунок 7.2 – Собственные потери в оптическом волокне для многомодового волокна [2].

 

Рисунок 7.3 – Собственные потери в оптическом волокне для одномодового волокна [2].

 

· Кабельные (или радиационные потери) обусловлены скруткой, деформациями, изгибами волокон, возникающими при производстве и инсталляции кабеля. При соблюдении ТУ номинальный вклад со стороны кабельных потерь не должен превышать 20% полного затухания.

Задачи

7.1 Вычислите значения числовой апертуры NA, максимального угла ввода излучения в волокно , а также величину дисперсионного параметра для ступенчатых волокон со следующими параметрами: а) ; ; б) ; ; в) ; (волокно без оболочки). Окружающая среда - воздух (n_о=1). Дисперсионный параметр выразите в нс/км.

Сделайте вывод. В выводе отметить, как влияет увеличение разницы показателей преломления на величину NA, и величину межмодовой дисперсии.

Ответьте письменно на контрольные вопросы:

1) Что такое числовая апертура?

2) Что такое дисперсия?

3) Какие виды дисперсии Вы знаете?

4) Что такое межмодовая дисперсия?

7.2 Ознакомьтесь с расчетом материальной дисперсии в объемной среде. Пользуясь графиком (см. рис. 7.1), найдите при распространении в чистом кварце уширение импульса на единицу длины и произведение ширины полосы пропускания на расстояние :

а) для светодиода на основе GaAs,

б) для лазерного диода на основе GaAs.

Параметры источников см. в таблице 7.1. Величину выразите в нс/км, в МГц×км.

Сделайте вывод. В выводе отметить, как влияет уменьшение относительной ширины спектра излучения на величину материальной дисперсии ( ) и ширину полосы пропускания.

Ответьте письменно на контрольные вопросы:

1) Что такое ширина спектра источника излучения ?

2) Что такое относительная ширина спектра излучения?

3) Что понимается под длительностью ?

4) Что такое материальная дисперсия?

7.3 Определите число мод, которое будет распространяться в волокне с показателем преломления сердцевины 1,460 и показателем преломления оболочки1,44. Диаметр сердцевины 100 мкм, диаметр оболочки 140 мкм. Расчет провести для длин волн: а) , б) .

7.4 Определите число мод, которое будет распространяться в градиентном волокне с диаметром сердцевины 50 нм и диаметром оболочки 125 нм. Показатель преломления сердцевины 1,460, показатель преломления оболочки 1,455. Расчет провести для двух длин волн: а) , б) .

7.5 Имеется ступенчатое волокно с показателем преломления сердцевины 1,46; . Найти диаметр сердцевины волокна, в котором будет распространяться только одна мода. Расчет провести для двух длин волн: а) , б) .

7.6 Диаметр сердцевины волокна 8,3 мкм, диаметр оболочки 125 мкм. Показатель преломления сердцевины 1,468; . Сколько мод будет распространяться в волокне на длине волны : а) , б) ?

Ответьте письменно на контрольные вопросы:

1) Что такое нормированная частота?

2) Как найти количество мод, распространяющихся в волокне:

а) для малых значений параметра V,

б) для больших значений параметра V?

3) При каком условии в волокне распространяется только одна мода?

7.7 Показать, что число мод в волокне вычисляется для большого количества мод по следующей формуле:

а) для волокна со ступенчатым профилем показателя преломления (a=¥) N=V²/2;

б) для градиентного волокна с псевдопараболическим профилем показателя преломления (a=2) N=V²/4;

в) для волокна с треугольным профилем показателя преломления (a=1)

N=V²/6.

Для каждого случая нарисовать профиль показателя преломления (построить график зависимости n(r)).

7.8 Оптическое волокно имеет сердцевину с показателем преломления 1,465, . Требуется обеспечить одномодовый режим работы при возбуждении лазерным источником, работающим на длине волны 1550 нм, для волокна, имеющего:

а) ступенчатый профиль показателя преломления (a=¥),

б) псевдопараболический профиль показателя преломления (a=2),

в) треугольный профиль показателя преломления (a=1).

Определить максимально возможный диаметр сердцевины для каждого из трех случаев.

7.9 Рассмотреть волокно grad MMF 50/125 (параметры волокна см. в таблице 7.2). Найти удельную полосу пропускания сигнала при использовании светодиодов с на длине волны l=850 нм. Можно ли передавать по этому волокну сигнал с частотой модуляции 20 МГц при длине оптического сегмента 4 км?

7.10 Рассмотреть волокно grad MMF 62,5/125 (параметры волокна см. в таблице 7.2). Найти удельную полосу пропускания сигнала при использовании светодиодов с на длине волны l=1310 нм. Можно ли передавать по этому волокну сигнал с частотой модуляции 125 МГц при длине оптического сегмента 2 км?

7.11 Рассмотреть одномодовое волокно SF 8/125 (параметры волокна см. в таблице 7.3). Найти удельную полосу пропускания сигнала при использовании лазера с на длине волны l=1310 нм. Можно ли передавать по этому волокну сигнал с частотой модуляции 125 МГц при длине оптического сегмента 100 км?

7.12 Рассмотреть одномодовое волокно SF 8/125 (параметры волокна см. в таблице 7.3). Найти удельную полосу пропускания сигнала при использовании лазера с на длине волны l=1550 нм. Можно ли передавать по этому волокну сигнал с частотой модуляции 778 МГц при длине оптического сегмента 100 км?

7.13 Найти затухание в волокне из задачи 9 на указанной длине оптического сегмента. Учесть собственные потери в волокне (использовать соответствующий график) и кабельные потери. Затухание выразить в Дб. Сравнить полученное затухание с динамическим диапазоном стандартного приемопередатчика, который составляет 25 Дб. Если затухание превышает динамический диапазон в 25 Дб, найти максимальное расстояние, на которое можно передать сигнал.

Ответьте письменно на контрольные вопросы:

1) Какие факторы влияют на затухание (потери) в волокне?

2) Что такое Дб (децибелл)?

3) Что такое кабельные потери?

7.14 Найти затухание в волокне из задачи 11 на указанной длине оптического сегмента. Учесть собственные потери в волокне (использовать соответствующий график) и кабельные потери. Затухание выразить в Дб. Сравнить полученное затухание с динамическим диапазоном стандартного приемопередатчика, который составляет 25 Дб. Если затухание превышает динамический диапазон в 25 Дб, найти максимальное расстояние, на которое можно передать сигнал ( т. е. расстояние, на котором затухание составит 25 Дб).

7.15 Оценить расстояние L_o, при котором хроматическая и поляризационная модовая дисперсия сравниваются по величине, если коэффициент хроматической дисперсии D=2 пс/(нм×км), коэффициент поляризационной модовой дисперсии , а ширина спектрального излучения .

 

Литература, рекомендуемая для изучения дисциплины

 

1 Гауэр, Дж. Оптические системы связи / Дж.Гауэр - М.: Радио и связь, -1989, -502 с.

2 Убайдуллаев, Р.Р. Волоконно-оптические сети / Р.Р. Убайдуллаев - М.: Эко-Трендз, -2000, -270 с.

3 Волоконно-оптические системы передачи и кабели: справочник.- М.: Радио и связь, 1993. -264 с.

4 Иродов, И.Е. Задачи по общей физике / И.Е. Иродов -М.: Наука, -1998, -416 с.

5 Носов, Ю.Р. Оптоэлектроника / Ю.Р. Носов.- 2-е изд. перераб. и доп. -М. : Радио и связь 1989. - 360 с. : ил.

6 Мартынов, В.Н. Полупроводниковая оптоэлектроника: учеб. пособие для вузов / В.Н. Мартынов Г.И. Кольцов. -М. : "МИСИС" 1999. – 400 с.

7 Курбатов, Л.Н. Оптоэлектроника видимого и инфракрасного диапазонов спектра / Л.Н. Курбатов. - М. : Изд-во МФТИ 1999. - 320с.-ISBN 5-89155-041-5.

8 Вейнбергов, В.Б. Оптика световодов / В.Б. Вейнбергов - 2-е изд. перераб. и доп. -Л. : Машиностроение 1977. - 320 : ил.