Introducere
Fibra optică este un mediu de unde ghidat, foloseşte pentru transmisie lumina (unde optice) şi oferă lăţime de bandă foarte mare. Unda optică purtătoare este modulată la o frecvenţă de 101! 101" #$, adică de pană la " ori mai mare decat frecvenţele microundelor. %u toate acestea, atmosfera este săracă din punct de vedere al mediului de transmisie pentru undele luminoase. &emnalul optic, in formă de impulsuri de lumină generate de o sursă laser, este transmis prin fibra optică. Fibra optică are diametrul cu dimensiuni tipice de la 1000 'm pană la 100 'm. n condiţii de laborator in cadrul unei fibre au fost formate 1* canale, fiecare din care cu vite$a de transfer date +%!- (*,-- bps)/ adică pe o singură fibră optică se asigură o vite$ă sumară de transfer date de 1,* bps 2 l,*310 1* bps. 4upa descoperirea fibrelor optice, oamenii de stiinta credeau ca prin fibra se pot transmite o infinitate de lungimi de unda, si astfel satisfacind nevoile omenirii de a comunica comunica de la orce distante cu un flu5 oricit de mare mare de informatie. informatie. %ercetatorii %ercetatorii din domeniul domeniul fibrelor optice optice cautau noi 6ferestre7 6ferestre7 de transparente. transparente. 8egiunea 8egiunea cu λ 2 1, µm cu o atenuare de doar 0.* d9:;m a venit ca un raspuns la asteptarile
lor .
>sa >sa da darr e5 e5is ista ta totu totusi si pier pierde deri ri de semn semnal al in fibr fibraa op opti tica ca.. ?rin ?rinci cipa pale lele le fenomene legate de propagarea undelor electromagnetice prin fibra optica sunt electromagnetice ) cele de dispersie si atenuare (difuzia si absorbtia undei electromagnetice
1. 4ifu$ia 4ifu$ia (impr as astierea) radiatiei in fibra optic a optice este determinat a in mod special de diferite neregularitati in mediu, cu dimensiuni mai mici decat lungimea de unda (difu$ia 8a@leigh)/ >tenuarea intensitatii undei in acest ca$ este
propor tionala cu λ!, ceea ce repre$int a unul din motivele pentru care se lucrea$a la lungimi de unda mari (8). *. >bsorb >bsorbtia radiatiei electromagnetice se produce ca urmare a interac tiunii dintre fotonii componenti ai fasciculului de radiatie cu electronii din mediul de propagare. n fibra optica se intalnesc treitipuri de absorbtieA ! absorbtii fotonice urmate de tran$i tii electronice intre ben$ile de energie situate in domeniul ultraviolet (ca urmare a acestora, fibrele optice sunt opace in acest domeniu spectral)/ ! absorbtii fotonice e5citand vibratii moleculare in siliciu, care pre$int a un spectru comple5 in 8 (numeroase picuri de absorbtie int intre re * si * * µm)/ ca urmare a acestor procese, atenuarea in fibra optica din sticla creste rapid pentru lungimi de unda mai mari decat 1, µm, aceasta valoare limita fiind insa mai ridicata pentru fibrele din materiale cum sunt halogenurile/ ! absorbtii pe impuritatiA ioni ai metalelor de tran$itie si ioni +#, provenind din urme de apa/ picul de absorbtie cel mai important, datorat ionilor +#, este situat la 1,B µm, ceea ce impune impune o concentratie re$iduala ma5ima in apa de ordinul a 10! . 4in considerentele considerentele pre$entate mai sus, legate de fenomenele fenomenele de dispersie si aten atenua uare re in fibr fibraa op opti ticca, da d ar
si
in functie de pe perf rfor orma manntele dispo$ dispo$itiv itivelor elor
optoelectronice, s!au conturat trei domenii (ferestre) de transmisie utili$ate in comunicatiile opticeA 1. 0,- µm C λ C 0,B µm. >cest domeniu nu pre$inta un minim de atenuare sau dispersie (atenuarea fiind de * . d9:;m) ci unui optim de utili$are utili$are a materialelor materialelor cele mai des folosite folosite (&i+* si
a>s),
pentru care tehnologia este cel mai bine pusa la punct/ *. λ 2 1, µ >ceasta fereastr a este situata la un minim relativ de atenuare (0, . 0, d9:;m) si la un minim de dispersie cromatica/ . λ 2 1, µm
n aceasta fereastr a se obtine minimul absolut al atenuarii (0,1 . 0,* d9:;m) insa dispersia cromatica se poate reduce numai folosind tehnologii costisitoare si foarte moderne. n afara fenomenelor anali$ate mai sus, in fibra optica se mai pot produce pierderi si ca urmare a curburii si a microcurburilor acesteia, precum si la racordul ei cu alte elemente ale sistemului de transmisie. Dispersia semnalului in fibra optica. Tipurile de dispersie
4e rDnd cu coeficientul de atenuare En fibrele optice un parametru foarte important este dispersia, care determină capacitatea de transmisiune pentru transmiterea informaţiei. 4ispersia este Emprăştierea En timp a componentelor spectrale sau modale a semnalului optic, care duce la mărirea duratei impulsului radiaţiei optice la propagarea lui prin fibra optică (fig.1) şi se determină prin diferenţa pătratului duratelor impulsurilor la ieşirea şi intrarea fibrei optice A τ =
*
(1)
*
τ ies − τ in
unde valorile τ ies şi τ in se determină la nivelul =umătăţii amplitudinii impulsurilor. egătura dintre dispersie şi banda de frecvenţă, transmise prin fibra optică, apro5imativ se determină cu relaţia ∆ F =
0 MHz ⋅ km
∆ F = 1
τ
. 4eci, dacă
τ =
*0 ns : km
, atunci
.
4ispersia nu numai limitea$ă intervalul de frecvenţă En fibra optică, dar micşorea$ă esenţial distanţa de transmisiune a semnalelor, deci cu cDt este mai lungă linia, cu atDt mai mult se măreşte durata impulsurilor. Gn ca$ general dispersia este determinată de trei factoriA diferenţa vite$elor de propagare a modelor direcţionate, proprietăţile de direcţionare a fibrei optice şi parametrii materialului din care este fabricată fibra optică. Gn legătura cu acestea cau$ele de ba$ă de apariţie a dispersiei sunt, pe de o parte, numărul mare de mode En fibra optică (dispersia intermodală), iar pe de altă parte H incoerenţa surselor de radiaţie, care lucrea$ă real En spectrul lungimilor de undă ∆λ, (dispersia cromatică).
Dispersia intermodală
(sau modală) apare En fibrele multimod. Ia este
condiţionată de e5istenţa numărului mare de mode, timpul de propagare al cărora este diferit. ?entru fibrele optice cu profilul indicelui de refracţie En trepte vite$a de propagare a undelor electromagnetice cu lungimea de undă λ este aceeaşiA v
=
(*)
c : n1
unde c H vite$a luminii, ;m:s. Gn acest ca$ toate ra$ele, care cad la capătul fibrei optice sub unghiurile En limitele unghiului de apertură θ a, se transmit En mie$ul fibrei optice după liniile En formă de $ig$ag şi la o aceeaşi vite$ă de propagare ele a=ung la capătul de recepţie Entr!un timp diferit, ce evident, duce la mărirea duratei impulsului de recepţie (fig.1).
Fibra optică multimod mpulsul la intrare
8a$a cu cea mai mică vite$ă
8a$a cu cea mai mare vite$ă
mpulsul la ieşire
Fibra optică En trepte
Fibra optică gradient
Fibra optică monomod
Fig.1. Propagarea semnalului prin fibra multimod gradient i !n trepte i fibra monomod
"
oate ra$ele, care cad la capătul fibrei optice sub unghiurile En limitele θ "θ n "θ # faţă de
a5ă, a=ung la dispo$itivul de recepţie cu o oarecare abatere de timp, ce
evident, duce la mărirea duratei a impulsului de recepţie. 4ispersia intermodală a fibrelor optice gradient, de regulă, este mai mică En comparaţie cu fibrele cu profilul indicelui de refracţie En trepte. >ceasta este condiţionat de faptul, că din cau$a micşorării indicelui de refracţie de la a5a fibrei optice spre Enveliş vite$a de propagare a ra$elor de!a lungul traiectoriei lor se schimbă H deci, pe traiectoriile, mai aproape de a5ă ea este mai mică, iar cele mai Endepărtate, corespun$ător, mai mare. ?rin urmare, ra$ele care se propagă cu traiectorii minime (mai aproape de a5ă), posedă o vite$ă mai mică, iar ra$ele, care se propagă pe traiectorii mai lungi, au o vite$ă mai mare. Gn re$ultat timpul de propagare al ra$elor se egalea$ă şi mărirea duratei impulsului devine mai mică. 4urata impulsului din cau$a dispersiei modale se caracteri$ea$ă prin timpul de creştere al semnalului şi se determină ca diferenţa Entre timpul ma5im şi minim de trecere a ra$ei prin secţiunea ghidului de undă la distanţa l de la Enceput. %onform legilor opticii geometrice timpul de propagare al ra$ei En fibra optică multimod En trepte depinde de unghiul de cădere θ n şi se determină prin e5presiaA t
= $ ⋅ n1 : c ⋅ cos θ
()
n
unde $ H lungimea ghidului de undă, ;m/ %1 H indicele de refracţie al mie$ului fibrei optice/ c H vite$a luminii, ;m:s. 4eoarece timpul minim de propagare al ra$ei optice are loc pentru θ n 2 0, iar ma5imum pentru θ n &θ cr , valorile corespun$ătoare ale timpului de propagare pot fi scrise En felul următorA t min
=
$n1 c
şi
t ma5
=
⋅
$ n1 c
()
⋅ cosθ
cr
din unde re$ultă valoarea dispersiei intermodaleA τ mod
= t ma5 − t min =
nl $ ( n1 − n* ) c
n1
=
n1∆ c
$ ,
()
unde τ mod H dispersia intermodală, ps.
4in ultima e5presie re$ultă, că dispersia intermodală creşte cu mărirea lungimii fibrei. Gnsă această dependenţă are loc numai pentru fibra ideală, En care interacţiune Entre mode lipseşte. Gn condiţii reale e5istenţa neomogenităţilor, răsucirea şi Endoirea fibrei duc la treceri permanente a energiei din unele mode En altele, adică la interacţiunea modelor, En legătură cu care fapt dispersie devine proporţională cu
$
. >ceastă influenţă nu apare de odată, dar la o anumită distanţă
de trecere a undei de lumină, care poartă denumirea de lungimea de influen'ă a modelor şi
este egală cu H ;m pentru fibrele cu profilul indicelui de refracţie En
trepte şi 10 H1 ;m pentru fibra gradient. Ia este stabilită pe cale empirică. Gn fibrele multimod gradient timpul de propagare a ra$elor optice se determină cu a=utorul legii de variaţie a indicelui de refracţie şi la anumite condiţii ea se egalea$ă, ce, evident, micşorea$ă dispersia. 4eci, la un profil al indicelui de refracţie parabolic, cDnd parametrul profilului indicelui de refracţie ia valoarea u 2 *, τ mod
=
n1
∆*
$
*c
.
(")
%ele mai mici EntDr$ieri de grup din toate profilurile indicelui de refracţie se obţin pentru parametrul profilului indicelui de refracţie & pt , adică pt 2 *(1! ∆). %u aceasta τ mod obţine cea mai mică valoare (fig.*), egală cuA τ mod
=
n1
∆*
$
-c
()
4in figură se observă că τ mod poate fi repre$entat sub forma ∆τ sp ⋅
$ =τ mod
(-)
%aracterul curbei din figură demonstrea$ă faptul, că pentru minimi$area dispersiei este necesar de a diri=a foarte minuţios cu valoarea lui u, ce En practică este un lucru foarte greu. 4ar orice schimbare a profilului, care se apropie de forma parabolică, micşorea$ă esenţial dispersia modală Entr!o astfel de fibră gradient. a anali$a e5presiilor () şi (") se observă, că dispersia intermodală a fibrei optice gradient este de ∆:* ori mai mică, decDt pentru fibrele optice cu profilul indicelui de refracţie En trepte pentru aceleaşi valori ale lui n1 şi ∆. 4ar deoarece de -
obicei ∆≈1J, atunci dispersia intermodală a fibrelor optice menţionate pot să difere de două ori.
Fig.*. Dependen'a dispersiei modale ∆τ sp de parametrul profilului indicelui de refrac'ie u !n fibrele optice gradient
Gn calculele inginereşti la determinarea dispersiei intermodale trebuie de luat En vedere, că pentru o anumită lungime a liniei $c nu e5istă o influenţă intermodală, iar mai apoi la $+$c are loc procesul de transformare a modelor şi apare regimul stabilit. 4e aceea cum se observă din fig., la Enceput pentru $"$c, dispersia creşte după o lege liniară, iar mai apoi, pentru $+$c H după o lege pătratică. ?rin urmare, formulele arătate mai sus pentru calculul dispersiei modale sunt corecte numai pentru lungimea liniei $"$c. a lungimile liniei $+$c trebuie de folosit următoarele e5presiiA τ mod
=
∆n1
c ∆ n1 *
τ mod
=
*c
− pentru g,idul de unda in trepte $$c − pentru g,idul de unda gradient
$$c
(B)
unde $ H lungimea liniei, ;m/ $c H lungimea de legătură a modelor (regimul stabilit), ;m (! ;m H pentru fibra cu profilul indicelui de refracţie En trepte şi 10! 1 ;m H pentru fibra cu profilul indicelui de refracţie gradient). B
Fig.-. $ungimea de interac'iune a modelor
?roprietăţile de dispersie a diferitor tipuri de fibre optice, care sunt obţinute după recomandaţiile U!."1 şi ."*, sunt repre$entate En tab.1. Gn ghidurile de undă En trepte la o transmisiune multimod domină dispersia modală şi ea atinge valori foarte mari (*0 H 0 ns:;m). 4ispersia modală poate fi micşorată prin următoarele trei metodeA ! folosirea fibrelor optice cu un diametru mai mic a mie$ului, care asigură un număr mai mic de mode. 4e e5emplu, mie$ul cu diametrul de 100 µm conţine un număr mai mic de mode, decDt mie$ul de *00 µm/ ! folosirea fibrelor optice cu profilul indicelui de refracţie atenuat, pentru ca ra$ele de lumină, care parcurg traiectorii mai lungi, să aibă vite$a, care Entrece valoarea medie, şi să a=ungă la celălalt capăt a fibrei En acelaşi moment de timp, ca şi ra$ele, care se propagă pe traiectoriile scurte/ ! folosirea fibrei optice monomod, care permite de a Enlătura dispersia modală. Gn ghidurile de undă En trepte monomod dispersia modală lipseşte şi En general valoarea dispersiei are o valoare foarte mică. >ici apare dispersia materială 10
şi ondulatorie (ghid de undă) şi la lungimea de undă 1, µm are loc intercompensarea ( τ
mat
≈ τ ./
).
Dispersia intramodal a (cromatic a )
se produce pentru fiecare mod in parte,
ca urmare a diferentei dintre vite$a de fa$ a si cea de grup a undei. Ia este datorata pe de o parte mediului optic al fibrei (dispersie de material) si, pe de alt a parte, ghidului, mai e5act caracteristicilor geometrice ale acestuia (dispersia de ghid). 4ispersia cromatica duce la limitarea debitului prin faptul ca, cu cat acesta este mai ridicat, cu atat impulsurile sunt mai scurte si mai apropiate unele de altele, ducand pana la suprapunerea acestora
si
la imposibilitatea decelarii lor
individuale.
Fig.0. Dispersia cromatica
4ispersia neliniar a nu permite cresterea arbitrar a a energiei semnalului pentru a diminua rata erorilor/ peste un anumit prag al intensitatii, efectul dispersiei liniare duce la cresterea acestei rate. &olutia depasirii limitarilor datorate dispersiei vine astfel din partea transmisiei solitonice. mpulsul luminos (pachetul de unde) este
11
constituit din mai multe unde sinusoidale (moduri), fiecare caracteri$at a de o anumita amplitudine si o anumita frecventa. %a urmare a dispersiei cromatice, in timp pachetul de unde tinde sa se destrame (are loc l argirea temporala a lui). a intensitati suficient de mari, se produce efectul electrooptic patratic (efectul Kerr), care face ca indicele de refrac tie al materialului (si, deci, vite$a de propagare a undei) sa depinda de intensitate. 4aca acest efect este e5ploatat de a sa natur a incat el sa compense$e e5act efectul de dispersie cromatica, impulsul se propaga f ar a deformare, conservandu!si integritateaA aceasta este 6unda solitar a7 sau 6solitonul7. %omunicatiile solitonice au atins debite de *0 !100 bit:s, fa ta de cele clasice, care sunt limitate la ma5im 10 bit:s. Dispersia ondulatorie (in g,id de unda) este
condiţionată de procesele En
interiorul modei. Ia se caracteri$ea$ă de proprietăţile de direcţionare a mie$ului fibrei optice, şi anumeA dependenţa vite$ei de grup a modei de lungimea de undă a radiaţiei optice, ce duce la diferite vite$e de propagare a componentelor de frecvenţă a spectrului radiat. 4e aceea dispersia ondulatorie, En primul rDnd, este determinată de profilul indicelui de refracţie a fibrei optice şi este proporţională lăţimii spectrului sursei de radiaţie
, adică τ ./
= ∆λ ⋅ $ ⋅ 1( λ )
(10)
unde (λ ) H dispersia ondulatorie specifică. Gn lipsa valorii (λ ) valoarea τ / este caracteri$ată prin e5presiaA τ ./
=
∆λ λ
⋅
*n1* ⋅ $ ⋅ ∆ c
(11)
unde ∆λ ! lăţimea linie spectrale a sursei de radiaţie, egală cu 1 H nm pentru laser şi *0 H 0 nm pentru dioda luminescentă/ $ H lungimea liniei, ;m/ c H vite$a luminii, ;m:s. En fibrele optice este condiţionată de dependenţa indicelui de refracţie de lungimea de undă n ≡ ψ ( λ ) . Gn fibra optică reală Dispersia materială
*
propagarea undelor este cu dispersie, adică vite$a de propagare depinde de frecvenţă (lungimea de undă). 4iferite lungimi de undă (culori) de asemenea se 1*
mişcă cu diferite vite$e prin fibra optică, chiar şi En una şi aceeaşi modă.
ceastă coincidenţă a vite$elor are loc En intervalul 100 nm, numit lungimea de undă cu dispersia nulă (fig.). Mite$a de propagare Gnaltă λ (-0 nm)
-0 nm
Noasă λ (- nm) Gnaltă λ (100 nm)
100 nm
Noasă λ (1*B nm)
10 nm
Noasă λ (1"0 nm)
Gnaltă λ (10 nm)
Fig.4. 5iteza de propagare a lungimilor de undă
ungimea săgeţilor corespunde vite$ei lungimilor de undă/ prin urmare, săgeata mai lungă corespunde unei mişcări mai rapide. + imagine asemănătoare 1
pentru dispersia specifică ondulatorie (λ) şi materială M (λ) a materialului fibrei optice monomod este repre$entată En fig.. a lungimea de undă 100 nm M (λ) este egală cu $ero. Gn intervalul lungimilor de undă mai mari de 100 nm ea este negativă H undele rămDn En urmă şi a=ung mai tDr$iu. Gn intervalul mai mic de 100 nm undele Entrec şi a=ung mai repede. %a şi dispersia ondulatorie, dispersia modală poate fi determinată cu a=utorul dispersiei specifice după relaţiaA LM
mat
(1*)
Fig.6. 5aloarea specifică a dispersiei la diferite lungimi de undă7 8( λ ) 9 ondulatorie: M( λ ) ; materială
Maloarea < (λ ) este determinată pe cale e5perimentală. ?entru diferite procenta=e a impurităţilor de dopare En fibrele optice < (λ ) are diferite valori En dependenţă de λ . 4e aceea la calculele inginereşti pentru determinarea τ mat poate fi folosită e5presiaA τ mat
=
∆λ λ
*
⋅
λ
c
*
⋅
d n1 *
d λ
$
(1)
1
?entru determinarea
*
*
d n1 : d λ
poate fi folosită formula lui &elmeier pentru
indicele de refracţie a sticlei metodei diferenţei e5tremităţilor, de unde sunt determinate e5presiile
n( λ − ∆λ ) , n (λ ) şi
( + ∆λ ) , după care se determină
n λ
n
∆λ n(λ ) − n(λ − ∆λ ) ′ λ − = * ∆λ
∆λ = n ′ λ + *
n(λ +
∆λ ) − *
∆λ
n(λ )
(1) (1)
şi mai apoi n′′( λ ) =
n ′ λ +
∆λ ′ ∆λ − n λ − * * ∆λ
(1")
Dispersia modală de polarizare τ DMP apare din cau$a diferenţei de propagare
a două mode a fibrei optice cu polari$aţii perpendiculare. ?entru evaluarea acestui tip de dispersie se foloseşte e5presiaA τ DMP = = DM P
$
(1)
unde = DMP H coeficientul dispersiei de polari$are specifice. 4upă definiţie dispersia modală de polari$are apare nemi=locit En fibrele monomod cu mie$ul sub formă de elipsă şi En anumite condiţii este de aceeaşi valoare ca dispersia cromatică. >ceste condiţii apar atunci, cDnd se foloseşte transmisiunea semnalului de bandă largă (banda de transmitere *, bit:s şi mai mult)cu banda spectrală de radiaţie foarte Engustă 0,1 nm şi mai puţin. 4ispersia de polari$are poate fi lămurită En felul următor. Gn fibrele optice monomod nu se propagă numai o modă, dar două fundamentale H două mode cu polari$aţii perpendiculare a semnalului de intrare. Gn fibra ideală, adică omogenă după geometrie, două mode se propagă cu aceeaşi vite$ă. Gnsă En realitate fibrele optice
conţin dimensiuni geometrice neideale, ce duc la diferite vite$e de
propagare a acestor două mode cu diferite componente de polari$are şi, prin urmare, duc la apariţia dispersiei modale de polari$are, care este repre$entată in fig..
1
Fig.>. Dispersia modală de polarizare
4e aceea dispersia re$ultantă a fibrei monomod trebuie să fie determinată En corespundere cu e5presiaA τ
= (τ
./
+ τ ) * + τ * mat
DMP
(1-)
Gn condiţiile de lucru obişnuite a fibrei optice monomod dispersia modală de polari$are este destul de mică şi de aceea En calculele dispersiei totale ea poate fi negli=ată. Gn fibrele optice multimod după valoare dispersia ondulatorie este mică şi de aceea pentru determinarea dispersiei totale ea poate fi negli=ată. Gn astfel de fibre optice cu profilul indicelui de refracţie En trepte τ mod domină asupra valorii τ mat , iar pentru profilul indicelui de refracţie gradient influentă devine dispersia materială. Ultima este legată de faptul că τ mod En fibrele optice multimod gradient se micşorea$ă pe ba$ă egalarea timpului de propagare a diferitor mode. 8eieşind din aceasta En ca$ general dispersia totală En fibrele optice multimod poate fi repre$entată cu a=utorul e5presieiA τ =
*
*
τ mod + τ mat
.
(1B)
Gn fibrele optice monomod dispersia modală lipseşte, deoarece prin aşa tipuri de fibra se propagă numai o singură modă ?@ 11 sau, cum a fost menţionat mai sus, două mode En diferite stări de polari$are, dar cu o singură dependenţă de dispersie a 1"
coeficientului de fa$ă β (λ ) (En apro5imaţia modelor liniar polari$ate H moda $A B1 En două polari$aţii reciproc ortogonale). %u alte cuvinte, lărgirea impulsurilor En fibrele optice monomod este determinată de dispersia cromatică En limitele acestei mode. >tunci dispersia totală En fibrele optice monomod poate fi repre$entată cu a=utorul e5presieiA τ
= (τ
./
+ τ ) * mat
.
(*0)
%omparDnd caracteristicile de dispersie a diferitor fibre, se poate de menţionat, că cei mai buni indici posedă fibrele optice monomod, iar cea mai puternică dispersie apare En fibrele optice multimod cu profilul indicelui de refracţie En trepte. abelul 1. ?roprietăţile de dispersie a diferitor fibre optice Fibra optică multimod radient Gn trepte (∆F 2 4ispersia %au$a dispersiei (∆F 2 10÷100 100÷1000 <#$) <#$) %oeficientul de +ndulatorie
propagare depinde de
a dispersiei
de frecvenţă 4iferite mode
liniei En diferite momente de
(∆F 2 1÷10 #$)
a dispersiei nter!compensaţie
refracţie depinde (* ! ) ns:;m
a=ung la capătul
monomod
Maloarea mică Maloarea mică
frecvenţă ndicele de
Fibra optică
(*0 ! 0) ns:;m
(0,1 !0,) ns:;m
(1!) ns:;m
ipseşte
timp Limite impuse de dispersie
1
Lăţimea benzii de transmitere .
nu folosesc En specificaţie dispersia En produsele multimod. Gn loc de aceasta ei arată produsul lăţimii ben$ii de transmitere la lungime, sau numai banda de transmitere, e5primată En megaherţi pe ;ilometru. 9anda de transmitere de 00 <#$⋅;m Enseamnă posibilitatea de a transmite semnalul En banda 00 <#$ la distanţa de 1 ;m. >ceasta de asemenea Enseamnă, că produsul frecvenţei ma5imale a semnalului la lungimea de transmisiune poate fi mai mică sau egală cu 00. %u alte cuvinte, se poate de transmis un semnal de o frecvenţă mai =oasa la o distanţă mai mare sau de o frecvenţă Enaltă la o distanţă mai mică, cum este repre$entat En fig.-. , e r e t i m s n a r t e d a e m i g n u m F ;
Fibra 00 <#$⋅;m
Mite$a de transmisiune, <#$
Fig.C. Dependen'a lungimii de transmitere de lă'imea benzii de transmisiune pentru fibra 0BB MHz ⋅km
9anda frecvenţelor de lucru (banda de transmisiune) a cablurilor optice determină numărul de canale de comunicaţii transmise prin el şi este limitat de dispersia fibrelor optice. Gn fig.B este repre$entat caracterul variaţiei dispersiei şi capacitatea de transmisiune F a fibrelor optice En dependenţă de lungimea liniei.
ungimea liniei (l )
Fig.. Dispersia τ capacitatea de transmisiune ∆ F a fibrei optice de diferită lungime
9anda de frecvenţe F şi distanţa de transmisiune l sunt legate Entre ele. 8elaţiile dintre ele se e5primă prin formulele limitele regimului modal stabilit) şi
Fx /
Fx /
F
F
l 2 / l xl c
l /l x
(pentru liniile scurte En
(pentru liniile lungi). Gn
aceste relaţii parametrii cu indicele x H sunt necunoscutele, iar fără indice H sunt date/ lc H lungimea de legătură a modelor. Gn condiţii reale de obicei se normali$ea$ă banda de transmisiune pe un ;ilometru F şi se determină banda de transmisie pe Entreaga linie după formuleleA Fx
F / lx
Fx
9anda de transmisiune determină cu a=utorul relaţiei
F / l xlc
pentru liniile scurte pentru liniile luni
F depinde de lărgirea impulsurilor F
!/
(*1) şi se
.
4atele iniţiale sunt pre$entate En tabelul *.
1B
abelul * Tipul parametrului
1 *
4iametrul mie$ului 4iametrul Envelişului ndicele de refracţie al mie$ului ndicele de refracţie al Envelişului ungimea liniilor de cone5iune prin
"
fibra optică ipul ghidului de undă
"otaţia 2a 2b n! n2 L
#nitatea de măsură µm µm
Om
Gn trepte/ gradient
-
ungimea de undă ăţimea ma5imă a spectrului sursei
B
de radiaţie %oeficientul dispersiei modale de
$
µm
nm % PMD
ps / &m! / 2
polari$are
Masuri pentru diminuarea dispersiei
>m enumărat ma=oritatea tipurilor de dispersie in fibra monomod, modalitatile de calcul a dispersiei si impactul ei asupra calitatii transmisiunii la distante mari. >cum v!om enumara modlitatile si tehnicile de minimi$are a efectului dispersiei. I5ista citeva elemente pasive care pot fi utili$ate pentru a reduce efectele dispersiei. n general ele constau in introducerea in fibra a unui element care are dispersia contrar celei din fibra. >cestea de regula sunt module de compensare a dispersiei !4%< (poate fi orice bobina de fibra cu dispersia opusa celei din fibra de transmisiune ). >cestea sunt fabricate cu un anumit nivel al dispersiei, e.g.!1000 ps:nm. 4e$avanta=ul este ca introduc pierderi considerabile in sistem , adesea peste - d9. 4eseori modulurile de compensare a dispersiei sunt folosite impreuna cu circulatoare. %irculatoarele sunt niste dispo$itive interesante cu trei porturi. Un e5emplu este pre$entat in fig.-. *0
Fig.. Eirculator de compensare a dispersiei
Gn acest e5emplu ra$a optica intra in circulator prin portul 1. umina care intra prin portul 1 iese doar prin portul *. >cum lumina trece prin 4%< , este reflectată de reflector şi reintră En portul *. umina care intră En portul * iese doar prin portul . Ifectul obţinut este ca lumina parcurge 4%ceste dispo$itive se conectea$a la portul * al circulatorului. Ile nu necesita folosirea separata a reflectorului. 8eflectoarele 9ragg grating introduc din nou dispersie opusa celei initiale, filtrind astfel semnalul. 4eocamdata ele pot opera cu o banda foarte ingusta de lungimi de unda, citiva nanometri. ?ot fi utili$ate pentru a corecta un singur canal in sistemele 4P4<, nu intreaga banda. + solutie eleganta si simpla, de compensare a dispersiei consta in alternarea tipului de fibra (Q4) LR!4&F cu (!4) LR!4&F (acestea sunt fibre care au dispersia aproape de $ero in regiunea de 10 nm, lungimea de unda folosita pentru transmisiuni in ele este plasata intentionat putin inafara ferestrei de transparenta de 10 nm, astfel pentru lungimea de unda aleasa (Q4) LR!4&F are dispersia 6po$itiva7 iar (!4) LR!4&F are dispersie 6negativa7, compensindu!se un ape alta). >ceasta ne va a=uta sa obtinem dispersie finala foarte sca$uta si aceste fibre se pot folosi in sistemele 4P4<. %orectia nu este perfecta asupra intregii ben$i de canale, dar se reduce dispersia aproape complet. 4ispersia si distantanta de transmisie in ca$ul alternarii acestor doua tipuri de fibre este ilustrata in figura 10.
*1
Fig.1B. lternarea tipului de fibra (GD) I;DJF cu (;D) I;DJF
9ibliografie A httpA::SSS.fiber!optics.info:articles:dispersion.htm SSS.fiberopticsonline.com **
httpA::SSS.pla@!hoo;[email protected]:optics:fiber".html SSS.cmste.uncc.edu:neS:papers:>ttenuationJ*0inJ*0FiberJ*0 'ptics .doc httpA::SSS.opticse5press.org:abstract.cfmTuri2+I!11!1!10 &ergiu &isianu 6 %omunicatii prin fibre optice7 httpA::conect.l5.ro:semnale1.htm
*
