Методы и средства измерения полосы пропускания и дисперсии оптических волокон

Наряду с затуханием, важнейшим параметром волоконно-оптических систем передачи является полоса пропускания ΔF (пропускная способность), которую ограничивает явление дисперсии. В волоконной оптике дисперсией называют разницу во времени прохождения отрезка световода спектральных или модовых составляющих оптического сигнала из-за различия групповых скоростей их распространения. Дисперсия приводит к увеличению длительности световых импульсов с увеличением длины световода и, тем самым, ограничивает скорость и дальность передачи информации. Мерой дисперсионного увеличения длительности импульса является среднеквадратичное уширение, определяемое соотношением

, (10.3.1)

где t_uвых и t_uвх – длительности импульсов на выходе и входе оптического волокна соответственно, измеренные на уровне половины амплитуды импульсов.

Наличие дисперсии ухудшает амплитудно-фазовые соотношения сигналов световых волн, снижая тем самым объем передаваемой информации за счет увеличения длительности импульсов в цифровых системах и увеличения искажений сигналов в аналоговых системах. Три основных вида дисперсии, которые необходимо минимизировать при разработке волоконно-оптических систем передачи, включают[14]:

· межмодовую дисперсию (), которая ограничивает скорость передачи данных в системах, использующих многомодовое волокно, и возникает вследствие разделения сигнала на многочисленные моды, распространяющиеся по различным траекториям в ОВ;

· хроматическую дисперсию (), которая зависит от физико-топологических параметров одномодового и многомодового волокна и возникает вследствие отличия времени распространения мод с различной длинной волны;

· поляризационную модовую дисперсию (), которая становится ограничивающим фактором в одномодовых волокнах с уменьшенной хроматической дисперсией и вызвана разделением излучения на ортогональные поляризованные моды, которые распространяются по ОВ с различной скоростью.

Вклад каждой составляющей в общую дисперсию определяется соотношением:

, (10.3.2)

В свою очередь, вклад в хроматическую дисперсию вносят материальная и волноводная дисперсия.

В многомодовых световодах вклад межмодовой дисперсии, как правило, является определяющим.

В одномодовых световодах из-за отсутствия межмодовой дисперсии определяющим механизмом уширения импульсов в большинстве случаев является хроматическая дисперсия. Поляризационная модовая дисперсия может вносить заметный вклад вблизи точек нулевой хроматической дисперсии при использовании узкополосных источников светового излучения.

Ниже рассматриваются характеристики дисперсии физического уровня системы передачи, дается краткое объяснение причин её возникновения и критерия выбора методов измерения, одни из которых нашли широкое распространение, а другие рассматриваются в связи с тем, что они позволяют глубже взглянуть на явление дисперсии.