Материал: Современные технологии передачи и обработки данных. Никитин Л.Н

моды, которые проходят прямолинейно, быстрее добираются до конца тракта кабеля, другие – зигзагообразно и, следовательно, немного запаздывают. Этот временной диапазон прохождения разных волн или мододного излучения и называется межмодовой дисперсией.

Межчастотная дисперсия

Световые волны, помимо разного прохождения траектории, имеют и неодинаковый диапазон длин, отсюда, если вспомнить законы физики, становится понятно, почему короткие волны быстрее достигают конечной цели, чем длинноволновые. Эта разница во времени получила название межчастотной дисперсии.

Материальная дисперсия Если сердечник кабеля имеет неоднородные участки среды,

световые волны будут неодинаково совершать свою траекторию и, следовательно, придут к концу кабеля в разное время. Эта временная разница, проистекающая от зависимости распространения волн от неоднородности среды сердечника в световоде, называется материальной дисперсией.

Влияние дисперсии на пропускную способность канала

Любая дисперсия отрицательно влияет на ширину пропускания канала кабеля, так как импульсы на конце волокна, благодаря дисперсионному влиянию, становятся нечеткими, что влечет за собой увеличение интервалов между очередными сигналами. Решить эту проблему можно, если уменьшить число входящих в световод лучей света или мод.

Многомодовое ступенчатое волокно В зависимости от используемого типа сердечника кабеля,

различаются и вариации оптоволокна. Самым традиционным считается сердечник с кварцевым стеклом, содержащим равномерную плотность, у многомодового ступенчатого волокна эта плотность содержит ступенчатые слои. При большом радиусе такого световода эффект межмодовой дисперсии влияет на качество оптоволокна сильнее, чем межчастотная и материальная, поэтому в

66

расчетах ширины пропускаемости канала обращают внимание именно на межмодовую дисперсию.

Из всех распространенных типов диаметра сердечника волокна (100, 62.5 и 50 мк), наилучшими показателями в пропускной способности обладает 50-ти микронное оптическое волокно, с рабочими длинами волн 850 нм, 1300 нм и 1500 нм.

Многомодовое градиентное волокно Если для ступенчатого волокна, рассмотренного выше,

характерна равномерность плотности сердечника на всем протяжении световода, то для градиентного волокна плотность местами может меняться. Иявление межмодовой дисперсии намного ниже, по сравнению со ступенчатым волокном. Немного поясним. Поскольку плотность меняется, начиная от центральной части к внешнему радиусу световода, световые лучи, переходя из более плотной в менее плотную часть развивают большую скорость. Несмотря на приличную траекторию движения, они быстрее достигают конца кабеля с меньшим разбросом временного интервала между различными импульсами. Отсюда и ниже межмодовая дисперсия.

По аналогии с многомодовыми ступенчатыми волокнами, градиентные имеют те же диаметры 100, 62.5 и 50 мк, с частотами

850 нм, 1300 нм и 1500 нм.

Одномодовое волокно

В одномодовых волокнах, в отличие от многомодовых, по световоду меньшего диаметра (около 8 мк) распространяется единственный луч (мода) и в этом случае благодаря наличию одного импульса, а, следовательно, отсутствию межмодовой дисперсии, значительно возрастает пропускная ширина такого кабеля. В одномодовых также существуют варианты ступенчатого и градиентного волокна, последний, в нашем случае, имеет гораздо большую результативность в скорости прохождения и приема сигналов.

В плане стоимости одномодовые стоят существенно дороже и поэтому нашли свое применение в сфере телекоммуникации, в то

67

время как многомодовые с успехом используются в локальных компьютерных сетях.

Затухание сигнала, окна прозрачности Помимо проблем межмодовой и других дисперсий есть и

серьезная проблема в поддержании мощности посылаемых импульсов, поскольку в световой волне по закону оптики, наличествует эффект поглощения и рассеивания, что ведет к изменению в другой вид энергии и в преобразовании химических связей между элементами световода (кремний и кислород). Чтобы добиться оптимального соотношения между поглощением и рассеиванием, были выделены три окна в узких диапазонах длин волн, в которых наблюдается наименьшее затухание вследствие рассеивания луча.

Используемые длины волн Благодаря найденным окнам прозрачности стало возможным

использовать диапазоны длин в 850 нм, 1300 нми 1500 нм, причем первое значение более характерно для многомодового волокна, а 1500 нм – для одномодовых волокон.

Использование длины волны в 1500 нм обеспечивает довольно высокое качество передаваемого сигнала, которое опережает по скорости предыдущие длины. Оно обходится недешево, поскольку не все подключаемое оконечное оборудование может использовать подобный максимальный диапазон, требующий наличие лазерных источников.

Типы оптических волокон Существует два типа оптических волокон: многомодовые

(ММ) и одномодовые (SM), отличающиеся диаметрами световедущей сердцевины. Многомодовое волокно, в свою очередь, бывает двух типов: со ступенчатым и градиентным профилями и показателями преломления по его сечению.

В ступенчатом оптоволокне могут возбуждаться и распространяться до тысячи мод с различным распределением по сечению и длине оптоволокна. Моды имеют различные оптические пути и, следовательно, различные времена распространения по

68

оптоволокну, что приводит к уширению импульса света по мере его прохождения по оптоволокну. Это явление называется межмодовой дисперсией и оно непосредственно влияет на скорость передачи информации по оптоволокну. Область применения ступенчатых оптоволокон короткие (до 1км) линии связи со скоростями передачи информации до 100 Мбайт/с, рабочая длина волны излучения, как правило, 0,85 мкм.

Рис. 6.6. Многомодовое оптическое волокно

Рис. 6.7. Градиентный показатель преломления

Многомодовое оптическое волокно с градиентным показателем преломления отличается от ступенчатого тем, что показатель

69

преломления изменяется в нём плавно от середины к краю. В результате моды идут плавно, межмодовая дисперсия меньше.

Градиентное оптоволокно в соответствии со стандартам имеет диаметр сердцевины 50 мкм и 62,5 мкм, диаметр оболочки 125 мкм. Оно применяется во внутри объектовых линиях длиной до 5 км, со скоростями передачи до 100 Мбайт/c на длинах волн 0,85 мкм и 1,35 мкм.

Одномодовое оптическое волокно Стандартное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр

сердцевины 9 мкм и диаметр оболочки 125 мкм. В этом оптоволокне существует и распространяется только одна мода (точнее две вырожденные моды сортогональными поляризациями), поэтому в нем отсутствует межмодовая дисперсия, что позволяет передавать сигналы на расстояние до 50 км со скоростью до 2,5 Гбит/с и выше без регенерации. Рабочие длины волн λ1=1,31 мкм и λ2=1,55 мкм.

Рис. 6.8. Одномодовое оптическое волокно

Окна прозрачности оптоволокна Говоря об окнах прозрачности оптического волокна, обычно

приводят такую зависимость.

70