Дисперсия межмодовая

Это уширение светового импульса при его распространении по волокну известно как межмодовая (многолучевая) временная дисперсия волокна. Для стеклянного волокна без оболочки формула (2.1.17) дает следующее значение этой дисперсии (Hi = 1,5 Пг = 1 с = 3-10 м/с) АТИ = 2,5-10-9 = 2,5 нс/м = 2,5 мкс/км. [c.37]

До сих пор рассматривалось два независимых эффекта, которые обусловливают временную дисперсию в оптических волокнах межмодовая 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. [c.62]

При оценке полосы пропускания оптической системы связи ил и, 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 /о. 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. [c.62]

Полученный результат не зависит от предположения (2.4.30), которое только упрощает алгебраические выкладки. Очевидно, он может быть распространен и на случай, когда выходной импульс проходит еще одну систему, ограниченную по полосе пропускания. Следовательно, из этого следует, что выражение (2.4.11) справедливо для импульсов любой физически реализуемой формы при условии, что материальную и межмодовую дисперсию можно рассматривать как независимые линейные процессы. [c.73]

Теоретически межмодовая дисперсия АГ// = Ап/с ограничивает полосу пропускания и информационную пропускную способность волокна значениями 2(A/)ej В 1/АГ l/xj с//Ап. На практике значения этих величин выше. [c.75]

Близость взаимного расположения полос поглощения, обусловленных С —Н связями, приводит к большим значения.м материальной дисперсии. Вместе с тем пластиковые волокна — это ступенчатые волокна, и одно из их достоинств состоит в возможности получения больших числовых апертур. Таким образом, на практике в общей дисперсии будет преобладать межмодовая дисперсия. [c.89]

На практике установлено, что длительности импульсов т = 0,5 часто в 5. .. 10 раз меньше теоретических значений, приводимых для А Г в таблице. Это происходит потому, что избирательное ослабление более наклонных лучей может уменьшить эффективную числовую апертуру волокна, а кроме того, и межмодовую дисперсию. [c.91]

Схематически изображенная на рис. 4.11 базовая лабораторная испытательная установка позволяет измерять потери, материальную и межмодовую дисперсии в широком диапазоне длин волн. Входящие в состав установки различные типы источников излучения и детекторов, а также четыре изображенных на схеме штриховой линией оптических элемента будут рассмотрены при описании различных методов измерений. [c.110]

В условиях группового синхронизма, выбирая длины волн и симметрично, относительно длины волны, соответствующей нулевой дисперсии групповой скорости. Другая возможность связана с использованием маломодовых световодов, в которых групповую расстройку можно скомпенсировать за счет межмодовой дисперсии. [c.140]

Инвариантные модовые пакеты распространяются в волноводе без уширения импульса, вызываемого межмодовой дисперсией, описанной, например, в [5. [c.437]

Интересно рассмотреть также поперечные моды в качестве независимых носителей информационных каналов вместо используемых продольных мод (а может быть, и в дополнение к ним). Как было сказано выше, поперечные моды лазерного излучения представляют собой пучки света, распределение комплексной амплитуды в сечении которых описывается собственными функциями оператора распространения света в соответствующей среде. Фундаментальным свойством мод является сохранение структуры и взаимной ортогональности при распространении в среде. Именно это свойство поперечных мод является основой для построения систем связи с модовым уплотнением каналов. Интерес к поперечным модам как носителям независимых каналов передачи информации связан, во-первых, с постоянным повышением качества производимых многомодовых волокон [см., например, 68], во-вторых, с разработкой методов качественного синтеза дифракционных оптических элементов моданов [19, 27-30], способных эффективно формировать и селектировать поперечные моды лазерного излучения (см. также 6.2 данной книги). Общая теория построения телекоммуникационных систем с уплотнением каналов, основанном на использовании поперечных мод, детально изложена в [19]. Отметим, что селективное возбуждение поперечных мод оптоволокна позволит увеличить пропускную способность линии связи не только за счет параллельной передачи нескольких каналов по одному волокну, но и за счет решения проблемы уширения импульса, вызываемого наличием межмодовой дисперсии [18-20, 6.2.7]. Одна из предполагаемых инженерных реализаций волоконно-оптической связи с использованием селективного возбуждения поперечных мод [19] представлена на рис. 6.53. Пространственный фильтр МА является матрицей электрооптических модуляторов, освещаемых плоской волной когерентного света Рд (х). На матрицу электрооптических модуляторов непосредственно подается вектор промодулированных по времени сигналов 5Д. [c.456]

Персии от длины волокна является линейной. Во втором случае, когда волокно имеет большую длину, межмодовым взаимодействием пренебречь уже нельзя, отсюда появляется более слабая по сравнению с первым случаем зависимость дисперсии от расстояния (рис. 8.23). Эта зависимость от г в виде квадратного корня может быть эвристически объяснена с помощью простой модели, в которой рассматриваются всего две моды [20], связанные между собой таким образом, что вероятность того, что фотон, принадлежащий одной моде, перепрыгнет в другую на расстоянии равна Л ёг, причем Л не зависит от При этом эволюцию импульса можно описать с помощью механизма случайных блужданий, согласно которому на отрезке 1/Л фотон распространяется со скоростью или 2, так что среднее время его пролета [c.617]

Очевидно, что снятие вырождения в одномодовых волокнах приводит к модовой дисперсии между двумя поляризационными модами (поляризационная дисперсия). Согласно результатам, полученным в разд. 8.12, величина межмодовой задержки дается выражением [c.621]

Распространение саета и межмодовая дисперсия а градиентных волокнах [c.41]

Практические аспекты изготовления градиентных волокон будут рассмотрены в гл. 4, а в гл. 6 и приложении 3 вновь вернемся к волне вой и лучевой теориям распространения света в волокне. Покаже г, что при идеальном профиле показателя преломления межмодовая дисперсия может быть сделана менее 0,1 не/км. На практике не представляет труда получать хорошие градиентные волокна с величиной межмодовой дисперсии менее 1 нс/км. Однако при этом может оказаться полезной даже грубое изменение профиля показателя преломления. Например, временная дисперсия волокна со скачком показателя преломления, рассмотренного в виде примера в 2.1.2, может быть уменьшена с 34 по 10 нс/км и менее путем простого сглаживания изменения показателя преломления на границе сердцевины и оболочки. [c.43]

Будет очевидно, что в 2.1.2 был использован самый простой подход для выражения межмодовой временной дисперсии с помощью формулы (2.1.17). При использовании лучевой модели, изображенной на рис. 2.2, скорость распространения световых импульсов равна сШ- . Следовательно, разница времен распространения импульсов вдоль осевого и наиболее наклонного лучей должна быть равна [c.56]

Снова подчеркнем, что т — это длительность импульса на уровне половинной мощности и что выражение Af = 1/4 т является приближением, как и соотношение между шириной полосы частот и общей межмодовой дисперсией вида Af = 1/2Д7 , полученное в 2.1.2. Эти вопросы будут предметом дальнейшего рассмотрения и анализа, в частности в 2.4. [c.57]

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 и 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 [c.62]

В 2.1 было показано, что ступенчатое волокно увеличивает общую длительность импульса в соответствии с ДГ/Z = 34 нс/км, что обусловлено межмодовой временной дисперсией. Это может быть эквивалентно приблизительно 15 нс/км на уровне половинной мощности, В градиентных волокнах эта цифра может быть уменьшена до 0,5 нс/км. В 2.2.3 были приведены значения материальной дисперсии в волокнах из кварца, которую можно ожидать при использовании светодиодов и полупроводниковых лазеров, работающих на различных длинах волн. В табл. 2.1 показано, как можно объединить полученные результаты. Воспользовавшись выражением (2.3.2), можно написать [c.64]

Здесь, как и ранее, То обозначает ширину передаваемого импульса на уровне половинной мощности, а величины (т //) и (% 1) учитывают влияние межмодовой и материальной дисперсий соответственно. [c.64]

В табл. 2.1 приняты следующие значения величин То = О, X, = = 0,9 мкм, ДХ. = 30 нм для светодиода и ДХ, =- 3 нм для лазера. На более длинных волнах использованы у = 0,04 и у = 0,004. Как видно из таблицы, межмодовая дисперсия преобладает во всех случаях при использовании ступенчатого волокна. В случае градиентного волокна типичное значение межмодовой дисперсии составляет 0,5 нс/км, и при лазерном источнике будет преобладать материальная дисперсия. Если же применяются светодиоды, то преобладает также материальная дисперсия за исключением длин волн в окрестности 1,3 мкм. [c.64]

Таблица 2.1. Совместное влияние межмодовой и материальной дисперсий в ступенчатых и градиентных кварцевых оптических волокнах на различных длинах волн

Длина волны, мкм Источник излучения Материальная дисперсия (Тз/О. нс/км Общая дисперсия ступенчатого волокна (т/0, нс/км 1межмодова 1 дисперсия Ti/I=15 нс/км] Общая дисперсия градиентного волокна (т/0, нс/км I межмодовая дисперсия Xi//=0,5 нс/км] [c.64]

Предположим теперь, что импульс уширяется под влиянием как межмодовой, так и материальной дисперсий, что оба механизма уширения взаимно независимы и независимо приводят к формированию приблизительно гауссовых импульсов, имеющих среднеквадратические длительности, равные соответственно и а. . Оба механизма уширения снова будут объединяться, чтобы сформировать импульс, который останется приблизите тьно гауссовым по форме и среднеквадратическая длительность а которого будет определяться выражением [c.67]

По сравнению с общей длительностью импульса, обусловленной межмодовой дисперсией, которая была рассмотрена в 2.1, величина а, зависит от того, каким образом оптическая мощность распределяется между различными траекториями лучей. Величина а. может быть найдена с помощью формулы (2.2.41) [c.67]

Как будет показано в следующих главах, волоконно-оптическую систему связи можно рассматривать как линейную систему с ограниченной полосой пропускания. Это обусловлено тем обстоятельством, что сигнал представляется в приемнике током, генерируемым под действием фотонов. Этот ток пропорционален оптической мощ1юсти принимаемого сигнала, которая в свою очередь пропорциональна мощности передаваемого сигнала. Предположение о линейности источника излучения приводит к линейности всей системы, поскольку излучаемая передатчиком мощность оказывается пропорциональной току сигнала. Выше было показано, что материальная и межмодовая дисперсии вызывают уширение введенного в волокно оптического импульса в процессе его распространения. Таким образом, принятый импульс представляет собой импульсную характеристику волокна. Для преобразования импульсной характеристики в соответствующую ей передаточную характеристику достаточно использовать преобразование Фурье. Однако, поскольку в процессе передачи амплитуда электрического сигнала представляется оптической мощностью, появляется неопределенность в определении полосы пропускания волокна. [c.69]

Межмодовая дисперсия оказывается преобладающей в полной дисперсии, равной т = (т] -f Tj) для ступенчатых волокон, а также в градиентных при их возбуждении лазерным излучением. Однако при возбуждении градиентных волокон с помощью светодиодов преобладающей становится материальная дисперсия (за исключением области около дисперсконного минимума, см. табл. 2.1). [c.75]

Чтобы проиллюстрировать наше рассмотрение, мы использовали некоторые упрощающие предположения и рассчитали расстояния между ретрансляторами, получаемые при различных скоростях передачи данных, для ряда гипотетических систем. Результаты представлены на рис. 3.6 и 3.7. Расчеты выполнены для ступенчатого, градиентного и одномодового волокон и длин волн излучения 0,9 1,3 и 1,55. мкм. Рассмотрены как лазерные источники, так и светодиоды, а для полноты картины приводятся также результаты расчетов для полимерных волокон с кварцевой оболочкой, описываемых в 3.4. Последние расчеты сделаны для случая, когда потери равны 20 дБ/км, а дисперсия составляет 100 нс/км. Межмодовая дисперсия для ступенчатого градиентного и одномодового волокон принята равной-соответственно 10, 0,5 и О НС/ КМ. Характерные значения материальной дисперсии и потерь взяты для высококачественных волокон из кварца, легированного германием, из графиков, приведенных иа рис. 2.13, б, 3.2 и 3.3. С небольшой поправкой на увеличение потерь при укладке кабеля и сращивания волокна затухание принято равным 2,0дБ/км на длине волны 0,9 мкм, а материальная дисперсия 70 пс,(км-нм). На длине волны 1,3 мкм эти величины соответственно равны 1,0 дБ/км и 2 пс/ (км- им), а на 1,55 мкм — 0,5 дБ/км и 20 пс/(км- нм). Общая днспер-сия определена как результат сложения среднеквадратических зиа- [c.85]

Мбит/с. Более высокая информационная пропускная способность в данном случае ограничивается межмодовой дисперсией. У хорошего градиентного волокна материальная дисперсия ухудшает характери--стики системы связи с высокими скоростями передачи данных на длинах волн 0,9 и 1,55 мкм, однако она незначительна по величине при = 1,3 мкм. Если может быть получено и будет постоянно выпускать- [c.86]

Как можно видеть из рис. 3.7, использование лазерных источников на длине волны 1,55 мкм также дает преимущества при малых скоростях передачи данных. При более высокой информационной пропускной способности независимо от длины волны начинает преобладать межмодовая дисперсия как в ступенчатых, так и в градиентных волокна . По причинам, которые позже будут рассмотрены в гл. 5, более сложная ситуация возникает при использовании одномодовых волокон. При использовании обычно. -о лазерного источника излучения (7- 0,СЮ4), работающего на длинах волн 0,9 и 1,55 мкм, информа ционная пропускная способность системы связи будет ограничена дис Персией, если скорость передачи данных превысит 50. .. 100 Мбит/с Это обеспечивает преимущество в 100 Мбит/с для системы, работаю щей на длине волны 1,3 мкм, которая всегда ограничена по затуханию Однако лазеры можно сделать работающими на одной продольной мо де и в этом случае у может стать менее 0,0001. При этих условиях материальная дисперсия становится малой даже на А. = 1,55 мкм, что позволяет воспользоваться преимуществом минимального затухания иа этой длине волны (штриховая кривая на рис. 3.7). [c.87]

Изготовители предлагают два сорта оптического волокна. Одно предназначено для работы на длине волны 0,85 мкм и имеет потерн не более 8 дБ/км и межмодовую дисперсию, не превосходящую 10 мкс/км (измеренная по полной длительности импульса на уровне 0,5). Другое — на той же длине волны 0,85 мкм имеет потерн не свыше 4 дБ/км и дисперсию порядка 1 нс/км. Разработчик рассматривает возможность использования этих волокон для создания цифровых систем передачи данных, работающих со скоростями 2 20 и 100 Мбнт/с. Предполагается использовать в качестве источников излучения светодиоды, способные вводить в волокно 150мкВт оптической мощности и имеющие ширину спектральной линии 35 нм на длине волны 850 нм. Для обеспечения удовлетворительного приема мощность на входе фотоприемника должна быть 1 нВт/(Мбнт/с). [c.91]

Метод задержанных импульсов дает возможность наблюдать материальную дисперсию отдельно от других ее видов. В данном случае измеряется зависимость общего времени задержки I от длины волны при заданной длине волокна. Поскольку задержка, обусловленная межмодовой дисперсией, не зависит от длины волны (что может быть проконтролировано путем наблюдения за формой импульса, которая не должна изменяться при переходе с одной длины волны на другую), изменение ( оказывается прямым следствием зависимости группового показателя преломления N от длины волны [c.112]

Оба типа волокна, которые рассматривались до сих пор, а именно ступенчатые и градиентные волокна, способствуют распространению в них многих мод. На самом деле в волокне типичных размеров могут распространяться много сотен мод. Такие волокна являются примерами многомодовых волокон. В некоторой степени различные моды можно ассоциировать с различными траекториями лучей. Поскольку постоянная распространения изменяется от моды к моде, каждая из мод распространяется со своими собственными значениями фазовой и групповой скоростей. Таким образом, свойство волокна, которое до снх пор называли многолучевой дисперсией, по-видимому, лучше называть межмодовой дисперсией. В литературе этот термин сокращенно называется модовой дисперсией. [c.120]

Отсюда видно, что волноводная дисперсия, связанная с любой конкретной модой, определяется значением второй производной характеристики распространения этой моды на интересуюш,ей нас частоте. Следовательно, она отображается кривизной моловых характеристик, изображенных на рис. 5.6. Из рис. 5.7 следует, что материальная дисперсия, возникающая, когда показатель преломления п = ср/(о зависит от частоты, оказываег разрушающее воздействие на систему координат графика зависимости р от со в интересующей иас области и тем самым видоизменяет характеристики распространения всех мод в этой области. В действительности обычно материальная дисперсия преобладает над волноводной. Большее значение, чем любой из этих двух эффектов, имеет в многомодовом ступенчг-том волокне эффект, являющийся результатом изменения величины Рь ,/ со для различных мод (к, т.), распространяющихся в волокне на данной частоте. Выше он был назван межмодовой дисперсией. [c.138]

В многогюдовых ступенчатых волокнах межмодовая дисперсия налагает очень серьезные ограничения на их информационную пропускную способюсть. Одиако ее можно полностью исключить, если спроектировать юлокио таким образом, чтобы в нем могла распространяться только одна мода НЕц. Как было показано в 5.2, условие одномодово-сти ВОЛОКНЕ имеет вид [c.141]

Достоинства систем, использующих одиомодовые волокна, очевидны. В иих полностью исключена межмодовая дисперсия. Использование лазерного источника излучения, устойчиво работающего иа одной [c.141]

Межмодовая (многолучевая) дисперсия является следствием изменения Pfem среди мод порядка (к, т) на данной частоте. [c.149]

Каждая мода имеет минимальную частоту отсечки, ниже которой она не может распространяться. При V < 2,4048 будет распространяться только одна мода HEi, или LPq,. Оптические волокна, удовлетворяющие этому условию, называются одномодовыми или мономодовыми. Они требуют для своего возбуждения лазерного источника излучения, но зато не обладают никакой межмодовой дисперсией. Частота отсечки одномодовых волокон увеличивается вследствие отклонения профиля показателя преломления от идеальной ступеньки . [c.149]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...