Podstawowe wiadomości o dyspersji światłowodów

Podstawowe wiadomości o dyspersji
światłowodów
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
1
Parametry światłowodów - klasyfikacja
Parametry włókien światłowodowych:
1. Optyczne
tłumienie, dyspersja, długość fali odcięcia, współczynniki
załamania, apertura numeryczna, właściwości modowe,
stabilność temperaturowa parametrów
2. Geometryczne
wymiary poprzeczne, geometria
3. Mechaniczne
wytrzymałość na zerwanie, promień gięcia
4. Dodatkowe (dla włókien specjalnych)
rodzaj domieszki aktywnej, droga zdudnień
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
2
Okna telekomunikacyjne
i generacje systemów światłowodowych
TŁUMIENIE WŁÓKNA ZE SZKŁA KRZEMIONKOWEGO
W FUNKCJI DLUGOŚCI FALI ŚWIATŁA
[dB/km]
50
II okno
I okno
Tłumienie
10
5
III okno
30
3
1
0.5
0.3
0.1
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
[µm]
Długosc fali
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
3
Podstawowe parametry światłowodów - tłumienie
Tłumienie [dB/km]
włókna jednomodowe
1310nm
0,33-0,42
1550nm
0,18-0,25
włókna wielomodowe (gradientowe)
850nm
2,4-2,7 (50/125)
1300nm
0,5-0,8
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
2,7-3,2 (62,5/125)
0,6-0,9
4
Równanie modowe (postać addytywna, mody TE)
2k0 n f t cos(θ ) − 2Φ s − 2Φ c = 2π m, m = 0,1,2,...
 n 2 sin 2 θ − n 2
p
f
s

 
Φ s = arctan   = arctan 
n f cos θ
h







 n 2 sin 2 θ − n 2
f
c

q
Φ c = arctan   = arctan 
n f cos θ
h







© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
5
Wykres modowy: TE i TM
Krzywe modowe TE i TM
nf=2., ns=1.5, nc=1.
2
Neff
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
0.2
0.4
0.6
0.8
1
d [um]
Zależność efektywnego współczynnika od grubości warstwy dla trzech
pierwszych modów TE i TM światłowodu planarnego
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
6
Światłowód włóknisty - mody liniowo spolaryzowane
1
LP 0 1
LP 1 1
b
LP 2 1
LP 0 2
1
2
3
V
4
5
6
Mody liniowo spolaryzowane światłowodu włóknistego
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
7
Definicja dyspersji
Definicja:
Dowolne zjawisko, w którym prędkość rozchodzenia się fali
elektromagnetycznej zależy od długości fali.
W telekomunikacji terminu dyspersja używa się opisując procesy, w
których sygnał niesiony przez falę elektromagnetyczną rozchodzącą się
w ośrodku ulega degradacji. Degradacja ta występuje, ponieważ różne
składowe fali (różniące się częstotliwościami lub wektorami falowymi)
rozchodzą się z różnymi szybkościami.
W komunikacji światłowodowej termin dyspersja odnosi się do kilku,
ściśle zdefiniowanych parametrów włókna: dyspersji modowej,
materiałowej, własnej i polaryzacyjnej.
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
8
Rodzaje dyspersji światłowodowej - jednostki i
wartości
1. Dyspersja międzymodowa [200-800 MHz/km]
2. Dyspersja chromatyczna (materiałowa+własna) [0-20
ps/km-nm]
3. Dyspersja polaryzacyjna [≤ 0,2 ps/km1/2]
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
9
Poszerzenie impulsu w światłowodzie skokowym
θc
α
nco
ncl
t
TB
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
TB+∆T
Podstawowe właściwości światłowodów
10
Dyspersja światłowodu jednodomowego
30
Dyspersja materiałowa
Dyspersja [ps/(km-nm)]
20
10
Dyspersja (całkowita)
0
-10
λZD
Dyspersja światłowodowa
-20
-30
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Długość fali [µm]
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
11
Dyspersja światłowodu z przesuniętą dyspersją
(DSF)
n
1.54
20
n1
n2
n2
Dyspersja [ps/(km-nm)]
d = ~9 µm
10
125 µm
Standardowa
0
Dyspersja przesunięta
-10
-20
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Długość fali [µm]
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
12
r
Podstawowe parametry światłowodów - dyspersja
Pasmo transmisji włókien wielomodowych [MHz.km]
850nm
400-800 (50/125)
160-400 (62,5/125)
1300nm
400-1500
300-1200
Dyspersja chromatyczna włókien jednomodowych [ps/km.nm]
1285 - 1330 nm
≤ 3,5
1550nm
≤ 18
Dyspersja polaryzacyjna
PMD włókna ≤ 0,2 ps/km1/2
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
13
Zagadnienia
1. Jak obliczamy i w jakich jednostkach podajemy tłumienie światłowodu.
2. Co to jest dyspersja światłowodu. Wymienić znane rodzaje dyspersji.
© Sergiusz Patela 1999 - 2004
Podstawowe właściwości światłowodów
14