#7 AIS – Światłowody – dyspersja

01-06-2020


z cyklu (AIS) Akademia Infrastruktury Sieciowej DCNart

Czynnikiem który znacznie wpływa na sygnał podczas transmisji w systemach światłowodowych jest dyspersja. Dyspersja zmniejsza efektywną przepustowość dostępną dla transmisji. Istnieją trzy główne rodzaje dyspersji:

  • dyspersja modalna,
  • dyspersja chromatyczna
  • dyspersja modowa polaryzacyjna.

Dyspersja modowa

Dyspersja modowa (DM) zwykle występuje w przypadku światłowodu wielomodowego. Kiedy bardzo krótki impuls światła jest wstrzykiwany do włókna w aperturę numeryczną, cała energia nie dociera jednocześnie do końca włókna. Różne mody światła przenoszą energię wzdłuż włókna światłowodowego różnymi ścieżkami o różnych długościach. Dla przykładu włókno wielomodowe z rdzeniem 50µm może mieć kilkaset różnych modów światła. To rozprzestrzenianie się impulsu na podstawie różnych długości ścieżki światła nazywa się dyspersją modową i objawia się w rzeczywistych warunkach rozmyciem impulsu wyjściowego w stosunku do impulsu wejściowego (poszerzenie impulsu).

Aby wyeliminować dyspersję modową używa się włókien gradientowych które mają rożne współczynniki załamania światła wewnątrz włókna. Dla uzyskania jak najlepszych efektów eliminacji tego zjawiska konieczne jest takie ukształtowanie współczynników załamania światła we włóknie światłowodowym aby wytworzyć efekt parabolicznego rozchodzenia się modów.

Dyspersja modowa

Dyspersja chromatyczna

Dyspersja chromatyczna (DC) występuje, ponieważ impuls światła składa się z różnych długości fal, z których każda przemieszcza się z różną prędkością wzdłuż włókna. Te różne prędkości propagacji rozszerzają impuls światła, gdy dociera on do odbiornika, zmniejszając stosunek sygnału do szumu i zwiększając liczbę błędów bitowych.

Dyspersja chromatyczna

Dyspersję chromatyczną definiują trzy podstawowe parametry:

  1. Opóźnienie przy danej długości fali wyrażonej w ps.
  2. Współczynnik dyspersji (D) określa czasowe rozszerzenie impulsu (wyrażone w ps) po przejściu odcinka światłowodu o długości 1km, jeżeli szerokość linii widmowej źródła światła wynosi 1nm. Parametr jest wyrażany w ps/(nm*km).
  3. Nachylenie współczynnika dyspersji (S) wyrażone w ps/(nm2*km) – charakteryzuje dryft współczynnika dyspersji w funkcji długości fali (lub nachylenie krzywej reprezentującej dyspersję w funkcji odległości przy danej długości fali).

Zarówno współczynnik dyspersji jak i nachylenie zależą od długości włókna.

Dyspersja chromatyczna zależy przede wszystkim od procesu produkcyjnego. Producenci kabli biorą pod uwagę efekty dyspersji chromatycznej przy projektowaniu różnych rodzajów światłowodów do różnych zastosowań i różnych potrzeb, takich jak światłowód standardowy, włókno z przesunięciem dyspersji lub włókno z przesuniętą niezerową dyspersją.

 

Modowa dyspersja polaryzacyjna

Modowa dyspersja polaryzacyjna (MDP) to podstawowa właściwość światłowodu jednomodowego. Wpływa na wielkość prędkości transmisji. MDP wynika z różnicy prędkości propagacji energii o danej długości fali, która jest podzielona na dwie osie polaryzacji ustawione pod kątem prostym do siebie (jak pokazano na poniższym schemacie).

Dyspersja polaryzacyjna

Głównymi przyczynami MDP jest asymetria konstrukcji włókien i zewnętrzne naprężenia na włóknie (zginanie makro, zginanie mikro, skręcanie i zmiany temperatury). Dyspersja ta powstaje w momencie gdy włókno przyjmuje postać owalną i o ile proces produkcyjny można uznać że jest w miarę stały to odkształcenia włókna pochodzące z rożnego rodzaju naprężeń podczas eksploatacji są elementem zmiennym. Ze względu na charakter czynników powstawania oraz ich przypadkowość, wartość dyspersji polaryzacyjnej nie jest elementem stałym dla toru transmisyjnego i zależy od indywidualnych warunków środowiska w którym pracuje włókno.

Miara MDP jest opóźnienie DGD (Differential Group Delay) mierzone w ps.

Newsletter