Дисперсия в оптическом волокне

Дисперсия в оптическом волокне определяется тремя основными факторами: различием скоростей распространения направляемых мод, направляющими свойствами оптического волокна и параметрами материала, из которого оно изготовлено. В связи с этим основными причинами возникновения дисперсии являются, с одной стороны, большое число мод в оптическом волокне (межмодовая дисперсия), а с другой стороны — некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн (хроматическая дисперсия).

Межмодовая дисперсия

На начальном этапе развития оптического волокна наиболее ощутимой была межмодовая дисперсия.

Основной причиной возникновения межмодовой дисперсии является разность групповых скоростей для разных мод, распространяющихся в световоде (рисунок 3.1). В итоге при отправке одного импульса на приемном конце происходит наложение многих импульсов, поскольку лучи опаздывают на разное время. Опаздывание определяется временем распространения луча, прямо пропорциональным косинусу угла падения. Таким образом, минимальное время уходит на распространение лучей, которые перемещаются параллельно оси оптического волокна.

Рисунок 3.1 — Межмодовая дисперсия Согласно геометрической интерпретации распространения оптических лучей по оптическому волокну, время распространения луча зависит от угла падения и определяется выражением.

. (3.1).

Так как минимальное время распространения оптического луча имеет место при, а максимальное при (- критический угол, при котором происходит полное внутреннее отражение), соответствующие им значения времени распространения можно записать как.

. (3.2).

. (3.3).

Отсюда значение модовой дисперсии будет равно.

. (3.4).

Из последнего выражения следует, что межмодовая дисперсия возрастает с увеличением длины волокна. Однако это справедливо только для идеального волокна, в котором взаимодействие между модами отсутствует. В реальных условиях дисперсия становится пропорциональной .

Влияние межмодовой дисперсии удалось устранить путем перехода с многомодовых световодов на одномодовые. Это вызывало существенное увеличение пропускной способности линий связи. Ведь за счет действия межмодовой дисперсии в оптическом волокне, длина которого составляет около 1 км, скорость передачи информации ограничивается сотнями мегабит в секунду. [4].