Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [ 19 ] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

приведенные рассуждения можно распространить и на него, как это и показано на рис. 2.15, б, и считать, что длительность принятого импульса на уровне 0,5 будет равна

(2.3.2)

где То - первоначальная длительность импульса; - уширение импульса, обусловленное влиянием только одной межмодовой диспер-

/ 0,5

г 1 1

-J -2 -7

Передаваемый Импульсный отнлин. Импульсный атмин. Принятый импульс обусловленный метмодо- обусловленный матери- импульс

вой дисперсией ольной дисперсией





Пере-

датчик


Прием-

Оптическое Волокно S)

Рис. 2.15. Совместное влияние дисперсионных эффектов; а - гауссов импульс

Ф(0=Фо ехр

имеющий ширину на полувысоте т=2,365а; б - реальные импульсы, принимающие нулевые значения за конечное время. Эффекты, иа практике вызывающие уширение импульса, рассматривают независимо, при этом результирующая ширина импульса равна т» (tq + Tj-{-т,)



сии (для любого волокна его величина должна быть значительно меньше общей длительности импульса ДГ, приведенной в § 2.1, приблизительно в 2 раза); - уширение импульса за счет влияния одной материальной дисперсии, определяемое формулами (2.2.44) и (2.2.54).

В § 2.1 было показано, что ступенчатое волокно увеличивает общую длительность импульса в соответствии с AT/t = 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

(2.3.3)

Здесь, как и ранее, х обозначает ширину передаваемого импульса на уровне половинной мощности, а величины (т ) и (x/l) учитывают влияние межмодовой и материальной дисперсий соответственно.

В табл. 2.1 приняты следующие значения величин: То = О, X. = = 0,9 мкм, АХ = 30 нм для светодиода и ДХ, 3 нм для лазера. На более длинных юлнах 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 юли в окрестности 1,3 мкм.

Таким образом, становится очевидным, что для достижения всех выгод, обеспечиваемых малой материальной дисперсией в окрестности 1,3 мкм, будет необходимо уменьшить межмодовую дисперсию до зна-

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

Длина волны, мкм

Источник излучения

Материальная дисперсия (Тз/О, нс/км

Общая дисперсия ступенчатого волокна (т/О. нс/км [межмодовая дисперсия x,lt-15 нс/км]

Общая дисперсия градиентного волокна (т/О. нс/км [межмодовая дисперсия Xi =0,5 нс/км]

СД

Лазер

Лазер

0,01

1,55

Лазер



чений, меньших 0,5 нс/км. Это может быть достигнуто двумя путями. Первый состоит в уменьшении диаметра сердцевины до тех пор, пока не будет достигнут одномодовый режим работы. В данном случае необходимо использовать лазерные источники излучения и при этом полностью исключается межмодовая дисперсия. Можно подумать, что теперь возможна только одна траектория луча, однако в таких условиях лучевая модель становится совершенно неприемлемой. При этом общая дисперсия действительно может стать очень малой и, возможно, ее значение составит только 10 пс/км. Одномодовые световоды рассматриваются в гл.5. Второй путь состоит в очень тщательном профилировании показателя преломления в градиентных волокнах. Достижимые при этом теоретические значения общей дисперсии обсуждаются в гл. 6. На практике лучшие градиентные волокна имеют межмодовую дисперисию 0,2 ... 0,3 нс/км, обеспечивая полосу пропускания порядка 1 ГГц-км.

2.4. СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКАЯ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ И ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЛОКНА

2.4.1. Среднеквадратическая длительность импульсов

Другой мерой длительности импульса является его среднеквадратическая длительность а, которая особенно ценна при неизвестной форме импульса. (В последующих главах будем пользоваться именно ею). Она определяется следующим образом. Пусть распределение принимаемой мощности описывается временной функцией Ф {t). Тогда полная энергия импульса будет равна

Е= f Ф(ОЛ. (2.4.1)

- оо

Среднее время прихода импульса при этом составит

-J- j tФ{t)dt (2.4.2)

- оо

и под среднеквадратической длительностью импульса а понимают величину, определяемую соотношением

а = -Ь J tФ(t}dt-tl (2.4.3)

- оо

- Аналогично можно по спектральному распределению света, образующему импульс, определить среднеквадратическую ширину его

Зак. 14 25 Ю



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [ 19 ] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0011