Acasă | Despre noi | feedback-ul
După cum este indicat în secțiunea anterioară, indicele de refracție al grupului Ngr este utilizat pentru a calcula timpul de propagare al impulsurilor luminoase într-un mediu de dispersie. și timpul de propagare a grupului tpp, care pentru un mediu de dispersie cu lungimea L este definit după cum urmează:
Sursa de lumină, de regulă, emite lumină nu la aceeași lungime de undă # 955; dar cu lățimea spectrală # 8710; # 955; prin urmare, porțiuni individuale de lumină în cadrul NGR. Se propagă la rate diferite și au întârzieri diferite.
Dacă mediul de propagare este dispersabil și lărgimea spectrului sursei de radiație este # 8710; # 955; în procesul de propagare pulsul luminos se extinde și intră în ieșirea mediului în timpul
Expresia se numește dispersia materialului specific, ps / km # 8729; nm.
Expresia pentru calcularea dispersiei materialelor specifice poate fi obținută de la (2.28):
În Fig. 2.14 prezintă dependența dispersiei materialelor specifice. Pentru cuarț pur la lungimea de undă # 955 = 0,85 microni cantitate M (# 955) - 85 ps / km # 8729; nm, în timp ce lungimea de undă crește scade valoarea sa și trece prin zero la # 955; = 1,276 pm.
Astfel, după trecerea printr-un impuls de lumină, distanța L în mediul de dispersie se extinde și durata lui t la nivelul de jumătate de putere este dată de
După cum se poate observa, lărgirea impulsurilor depinde de lungimea mediului și de lățimea spectrului sursei de radiație. Și deoarece lărgimea spectrului de emisii al LED-urilor este mult mai mare decât cea a laserelor, atunci lărgirea impulsurilor va fi mult mai mare.
Fig. 2.14. Dependența dispersiei materialelor specifice pe lungimea de undă: A - cuarț pur;
De obicei, lățimea spectrului # 8710; # 955; sursa de radiație este definită ca intervalul de lungimi de undă în care puterea radiată depășește 50% din valoarea maximă.
Cu toate acestea, conceptul de lățime relativă a spectrului de emisie al unei surse
apoi după trecerea prin pulsul luminos distanța L în mediul de dispersie, durata sa la nivelul jumătății de putere
- este coeficientul de dispersie al materialului.
În Fig. 2.15 arată dependența coeficientului de dispersie al materialului Ym de lungimea de undă pentru cuarțul pur și dopat.
După cum se poate observa, curba YM (# 955;) precum și M (# 955;) modifică semnul la lungimea de undă # 955; = # 955; 0 = 1,276 pm. Această valoare corespunde punctului de inflexiune al curbei f (# 955;) (. Figura 2.10). În literatura de specialitate, de multe ori această valoare lungime de undă este definită ca „lungime de undă de dispersie nulă a materialului.“ Din punct de vedere practic că, unele definiție este înșelătoare, deoarece pulsul real de lumină co-deține o gamă de lungimi de undă, care sunt distribuite cu grupul SKO-Height, situată într-un anumit interval, chiar dacă cele mai scurte și mai lungi valuri se propagă cu aceeași viteze.
Fig. 2.15. Dependența parametrului de dispersie Ym pe lungimea de undă: A - cuarț pur; B - 13,5% GeO2, 86,5% Si02; C este 9,1% P2O5, 90,9% Si02; D - 13,3,% B2O3, 86,7% Si02
Pentru cuarț la lungimea de undă # 955; = # 955; 0 = 1,276 μm, Ym = 0, prin urmare
Pentru cuarț pur la lungimea de undă # 955; = # 955; 0 = valoarea de 1.276 μm = -0.048; prin urmare, (2.38) are forma ns / km:
Pentru LED-uri, valoarea # 947; = 0,04, deci varianța # 964; / L = 32 ps / km.
Când se utilizează surse de radiație laser, valoarea dispersiei va fi de 2 ordine de mărime mai mică.
Dispersia materialului depinde de compoziția sa. Astfel, prin doparea cuartului pur, este posibilă modificarea valorii sale în anumite limite și influențând astfel poziția "punctului zero". Suma # 955; 0 poate fi schimbată prin introducerea diverselor aditivi în sticla de cuarț. Așa cum se poate vedea din fig. 2.15, introducerea borului poate face mai puțin de 1,22 μm, iar dopajul cu germaniu face posibila ridicarea lui la 1,37 μm.
Lărgirea pulsului la lungimea de undă # 955; 0 în cazul unei surse cu spectru Gaussian este determinată de relația
unde valoarea determină panta curbei dispersiei specifice a materialului,
Valorile coeficienților Ai și bi pentru sticle de compoziții diferite sunt prezentate în Tabelul. 2.2. pentru
În concluzie, trebuie remarcat faptul că lungimea de undă a dispersiei zero # 955; 0 = 1,276 μm corespunde mediului de volum. Pentru o fibră optică, această lungime de undă este deplasată la o valoare de ordinul de 1.312 μm, ceea ce explică utilizarea surselor de radiație de 1.310 μm pentru fibrele cu un singur mod.
Din punct de vedere al opticii geometrice, pulsul luminos este o colecție a unui număr mare de raze de lumină care se propagă în inima OM și din punctul de vedere al teoriei undelor # 9472; set de un set de moduri direcționale (tipuri de valuri).
Diferența în căile de propagare a modurilor ghidate la o frecvență fixă (lungime de undă) a radiației dintr-o sursă optică duce la faptul că timpul de trecere a acestor moduri pe RS este diferit. Ca urmare, pulsul generat de acestea la ieșirea OB se lărgește. Amplitudinea extinderii pulsului este egală cu diferența în timpul de propagare a celor mai lente și mai rapide moduri. Acest fenomen se numește dispersie intermodală.
Formula de calcul al dispersiei intermodale poate fi obținută luând în considerare modelul geometric al propagării modurilor ghidate în OM. Orice mod de direcție într-un OB obișnuit poate fi reprezentat de un fascicul de lumină care, atunci când se deplasează de-a lungul unei fibre, suferă în mod repetat reflexie internă totală de la interfața miez-coajă. Excepția este modul de bază al HE11, care este descris de un fascicul de lumină care se mișcă fără reflecție de-a lungul axei fibrelor.
La lungimea OB (fig.2.16), egală cu L, lungimea căii zig-zag trase de o rază de lumină propagată la un unghi # 952; z la axa fibrei, compune L / cos # 952; z.
Fig. 2.16. Moduri de propagare a razelor de lumină într-un OM cu două straturi
Viteza propagării undelor electromagnetice cu lungimea de undă # 955 este aceeași în fibra luată în considerare și este egală cu U1 = c / n1, unde c este viteza luminii, km / s. În consecință, timpul de propagare al fasciculului luminos în miezul OB
După cum se vede din (2.41), timpul de propagare al razei variază invers proporțional cu cos # 952; z. Prin urmare, timpul de propagare minim tmin corespunde # 952; z = 0, adică razele propagând paralel cu axa și durata maximă de propagare tmax corespunde # 952; z = # 952; cr. unde Cr este unghiul critic al incidenței fasciculului luminos pe interfața miez-coajă.
Astfel, timpul de propagare de-a lungul celei mai lungi și mai scurte căi în conformitate cu (2.41):
Lăsați un impuls foarte scurt să fie aplicat la intrarea OB. Începutul pulsului de ieșire coincide cu timpul de sosire al razei care a trecut pe calea cea mai scurtă, iar sfârșitul cu timpul de sosire al razei care a parcurs cea mai lungă cale.
În consecință, lărgirea pulsului va fi
De obicei, în OM n1 ≈ n2. prin urmare (2.43) ia forma
unde este valoarea relativă a indicilor de refracție ai cochiliei de bază.
Formula (2.44) arată că extinderea sferei de impulsuri, datorită dispersiei modale, cu atât mai mic este mai mică diferența de refracție-TION a miezului și învelișului. Acesta este unul dintre motivele pentru care, în obișnuitele etape obișnuite, această diferență tinde să fie făcută cât mai mică posibil.
O altă concluzie rezultă din (2.44): lărgirea impulsurilor este proporțională cu lungimea OB. Cu toate acestea, acest lucru este valabil numai pentru un OB ideal, în care nu există nici o interacțiune între modurile direcționale. În practică, totuși, din cauza prezenței de neomogenități (în principal microbende), modurile individuale trec prin ele și schimbă energia în timp ce trec prin OB.
Modurile de ordin inferior, cu un unghi mic în raport cu axa OB, sunt convertite în moduri de ordine superioară printr-un schimb de energie cu un unghi mai înclinat față de axa OB și invers. Din acest motiv, diferența de viteză a modurilor este egalizată. Într-o interpretare geometrică, aceasta înseamnă că, datorită neomogenităților, aceleași raze schimbă unghiurile sub care se propagă de-a lungul nucleului OB. În acest caz, modificarea unghiurilor și a întârzierilor componentelor semnalului este aleatoare, iar răspândirea timpului de propagare a modului devine
Este important de remarcat faptul că acest fenomen este, deoarece lungimea OB pe termen definit, care se numește „o lungime constantă a legăturii între modurile» - Ly, și depinde de mulți factori aleatori, dar cu siguranță nu poate fi calculată. Conform datelor de măsurare pentru SVs step, Ly = 5 # 9472; 7 km.
Astfel, dispersia intermodală într-un OB cu un profil pas cu pas al indicelui de refracție
Dispersia intermodală în OBs pas cu pas poate fi complet eliminată dacă parametrii structurali ai OB sunt selectați în mod corespunzător. Deci, dacă faceți dimensiunile de bază și # 8710; atât de mic, atunci numai un mod se va propaga de-a lungul fibrei la lungimea de undă a purtătoarei, adică dispersia modului va fi absentă. Astfel de fibre se numesc un singur mod. Ei au cea mai mare capacitate de producție. Cu ajutorul lor, pachetele mari de canale pot fi organizate pe liniile de comunicare.
Dispersia impulsurilor poate fi, de asemenea, redusă semnificativ prin alegerea adecvată a indicelui de refracție pe secțiunea transversală a miezului OM. Astfel, variația scade la trecerea la un gradient OM. Dispersia intermodală a OM gradient este de obicei mai mică cu un ordin de mărime și mai mare decât cea a fibrelor stubate.
In astfel de OM gradientului OM în contrast cu trepte de propagare pro-filem, razele de lumină se propagă într-o manieră în zig-zag nu este deja, și prin val sau traiectorii spirale elicoidale (Figura 2.17).
Fig. 2.17. Cale de propagare a razelor de lumină într-un OB cu o dependență parabolică a indicelui de refracție
Raze propagă în jurul axei OB trece un traseu mai lung decât fasciculul de lumină de-a lungul axei OB. Cu toate acestea, datorită indicelui de refracție mai mic, la o distanță de axa OM, grinzile se propagă într-un mediu cu un mai mic n, respectiv, mai rapid și razele se propagă de-a lungul unei axe a trece calea geometrică mai mică, dar se propagă într-un mediu cu o durere shim n, m. E. Cu mai puțin viteză. Ca urmare, timpul de propagare aliniate raze și crește lățimea impulsului devine mai mică.
În fibre multimod gradient, timpul de propagare a fasciculelor optice este determinat de legea modificării indicelui de refracție.
Astfel, dispersia intermod în gradient OBs cu un profil parabolic al indicelui de refracție qopm = 2, care este utilizat pe scară largă în practică, se calculează prin formula
Cu un profil optim al indexului de refracție, qopm ≈ 2 (1 - # 916;) dispersia impulsurilor este minimă:
Conform măsurătorilor, valoarea pentru gradient OB Ly = 10-15 km.
Interpolarea intermodală În funcție de gradul q, pentru a minimiza dispersia, este necesar să selectați cu atenție valoarea q (Figura 2.18).
O schimbare a profilului care se apropie de profilul parabolic reduce în mod substanțial dispersia intermodală în acest gradient OM. Hod Nako produc profil de indice de refracție parabolic optim este dificil Odata cu abaterea de la valoarea dorită a q poate determina defectarea indicelui de refracție axial și alte revendicări zheny profil ondulație, care privind procedura și creșterea în continuare a dispersiei modale. Valoarea tipică a lărgirii pulsului în OB obținuți cu un profil parabolic optim este de 0,2-4,0 n / km.
Fig. 2.18. dependență # 964; m de la q
pentru gradient OM
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: