Дисперсия в оптических волокнах

Важнейшим параметром оптического волокна (ОВ) является дисперсия (Д), которая определяет его пропускную способность для передачи информации.

Дисперсия- это рассеяние во времени спектральных или модовых характеристик ОВ, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения (ОИ) при распространении его по ОВ.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но и существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульсов.

Д определяется 3 основными факторами: различием скоростей распространения направляемых мод, направляющими свойствами ОВ и параметрами материала, из которого оно изготовлено. В связи с этим основными причинами возникновения Д являются, с одной стороны, большое число мод в ОВ (межмодовая Д), а с другой стороны- некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн (хроматическая дисперсия).

Межмодовая Д преобладает в многомодовых ОВ и обусловлена отличием времени прохождения мод по ОВ от его входа до выхода. Так как межмодовая Д не зависит от характеристик источника излучения, для многомодовых волокон ее оценивают по полосе пропускания ОВ (МГц*км).

Отличие времени распространения каждой из направляемых мод, образующих сигнал, от частоты спектра источника ОИ приводит к возникновению хроматической (частотной) Д, которая складывается из внутримодовой (волноводной) Д и материальной Д.

Первый тип Д обусловлен направляющими свойствами сердцевины ОВ, а именно зависимостью групповой скорости моды от длины волны ОИ, что приводит к различию скоростей распространения частотных составляющих излучаемого спектра. Поэтому внутримодовая Д определяется профилем показателя преломления ОВ и пропорциональна ширине спектра излучения источника.

Второй тип Д вызван зависимостью показателя преломления (ПП) от длины волны, что приводит к различным скоростям распространения спектральных составляющих источника излучения.

Дисперсия сигналов в оптическом волокне
	При распространении импульсов света по волокну наблюдается их расплывание, или явление дисперсии. Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну.
По оптическому волокну передается не просто световая энергия, но также полезный информационный сигнал. Импульсы света, последовательность которых определяет информационный поток, в процессе распространения расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приеме. Дисперсия - уширение импульсов - имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе кабеля длины L по формуле [10]. Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1км, и измеряется в пс/км. Дисперсия в общем случае характеризуется тремя основными факторами, рассматриваемыми ниже: различием скоростей распространения направляемых мод (межмодовой дисперсией tmod), направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией tw), свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией tmat). Рис. 2.9. Виды дисперсии Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну. Результирующая дисперсия t определяется из формулы t2 = t2mod + t2chr = t2mod + (tmat + tw)2