Влияние дисперсии на параметры проектируемой ВОЛС

Под дисперсией в оптике понимают зависимость фазовой скорости световых волн vф от частоты. Это же относится и к показателю преломления n2 - n1 = n (w).

В этом смысле дисперсия в объемной среде единственна и носит в оптике название хроматической дисперсии, подчеркивая факт разложения света на составляющие в хроматический спектр. Дисперсия называется нормальной (или положительной), если n увеличивается с увеличением частоты w, и аномальной (или отрицательной), если п уменьшается с увеличением w. Зависимость фазовой скорости от w (или λ) для нормальной и аномальной дисперсий обратная.

Понятие "дисперсия" в световоде уже не единственно и приходится различать три ее вида:

модовая дисперсия - дисперсия, существующая только в многомодовом волокне и вызванная различной скоростью распространения в световоде лучей разных мод, достигающих определенного сечения ОВ (выхода) в разное время, что приводит к уширению входного импульса на выходе;

материальная дисперсия - дисперсия собственно материала световода, существующая независимо от типа волокна (ММ или ОМ) и отличающаяся от хроматической дисперсии только тем, что она соответствует волноводной (а не объемной) среде;

волноводная дисперсия - дисперсия, существующая в так называемой волноводной cpeде, сформированной по меньшей мере двумя физическими средами (в нашем случае сердцевиной и оболочкой).

Модовая дисперсия.

Этот тип дисперсии может быть уменьшен двумя путями:

уменьшением диаметра сердцевины dc ;

изменением профиля показателя преломления, т.е. использованием многомодового волокна с плавно изменяемым показателем преломления. В настоящее время многомодовые волокна такого типа используются достаточно широко.

Материальная дисперсия.

Материальная дисперсии, или дисперсия материала, зависит (для прозрачного материала) от частоты w (или длины волны λ) и материала ОВ, в качестве которого, как правило, используется кварцевое стекло. Дисперсия определяется электромагнитным взаимодействием волны со связанными электронами материала среды, которое носит, как правило, нелинейный (резонансный) характер и только вдали от резонансов может быть описано с приемлемой точностью, например уравнением Селлмейера :

n2(w)= 1+∑Rjw2j (w2j - w2), (3.1)

где wj - резонансные частоты, Rj - величина j-го резонанса, а суммирование по j для объемного кварцевого стекла ведется по первым трем резонансам.

Возникновение дисперсии в материале световода даже для одномодовых волокон обусловлено тем, что оптический источник, возбуждающий вход (светоизлучающий диод - СИД или лазерный диод - ЛД), формирует световые импульсы, имеющие непрерывный волновой спектр определенной ширины (например, для СИД это примерно 35-60 нм, для многомодовых ЛД (ММЛД) - 2-5 нм, для одномодовых ЛД (ОМЛД) - 0,01-0,02 нм. Различные спектральные компоненты импульса распространяются с разными скоростями и приходят в определенную точку (фазу формирования огибающей импульса) в разное время, приводя к уширению импульса на выходе и, при определенных условиях, к искажению его формы.

Для описания дисперсии в световоде используется разложение постоянной распространения моды β в ряд Тейлора в окрестности несущей частоты w0. Линейный член этого разложения, или параметр β1, характеризует групповую скорость движения огибающей импульса vг = с/пг (здесь пг - групповой показатель преломления), а квадратичный член, или параметр β2 характеризует собственно дисперсию групповых скоростей - ДГС в волокне, имеющую размерность [пс2/км]. Она и определяет уширение импульса. Интересно отметить, что в диапазоне длин волн 1500-1600 нм /?2 почти линейно уменьшается от +70 до -40 [пс2/км], см. рис. 9-4, принимая нулевое значение на длине волны примерно 1270 нм. Эта длина волны λ0d называется длиной волны нулевой дисперсии для объемной среды. Для оптоволокна эта длина волны сдвигается до значения порядка 1312 нм (см. ниже), чем и объясняется использование источников излучения 1310 нм для одномодового ОВ. Для одномодового кварцевого волокна ДГС положительна для λ<1312 нм и отрицательна для λ >1312 нм, а в окрестности λ=1312 нм она нулевая.

Перейти на страницу: 1 2 3

Другое по теме:

Вольтамперная характеристика p-n-перехода
Основными схемными элементами в микроэлектронике являются транзисторы и диоды. На данный момент они производятся из полупроводниковых материалов. Рассмотрим их свойства. По значению удельного электрического сопротивления ...

Отработка конструкций радиоэлектронных средств на технологичность
Технологическая подготовка производства РЭС (радиоэлектронных средств) должна содержать оптимальные решения не только задач обеспечения технологичности изделия, проектирования и постановки производства, но и проведения измене ...

©  www.techvarious.ru - 2018