14 июня 2022
Дисперсия оптического сигнала – это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, что приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по оптическому волокну.
В настоящее время большая часть передатчиков, которые используются в ВОЛС для работы на большие расстояния, имеют лазеры с узкой шириной спектра, а сами волокна оптимизированы под окна прозрачности как по затуханию, так и по дисперсии. Эти факторы позволяют минимизировать влияние хроматической дисперсии, но не могут предотвратить ее полностью.
По оптическому волокну сигнал распространяется в виде импульсов и подвергается как затуханию, так и искажению под воздействием нескольких видов дисперсии, которая при этом приводит к расширению импульса. Предел пропускной способности световода, то есть емкость оптического волокна, зависит от того, насколько близко могут находиться соседние импульсы, кодирующие информацию.
Рис. 1. Перекрывание импульсов, вызывающее межсимвольную интерференцию: а) входной сигнал; б) сигнал, прошедший некоторое расстояние L1 по оптическому волокну; в) сигнал, прошедший расстояние L2>L1.
При взаимном перекрытии импульсов появляется такое явление как межсимвольная интерференция, то есть соседние импульсы перекрывают друг друга. Вследствие этого возникают межсимвольные помехи, из-за чего критично вырастает количество ошибок декодирования на приемнике, появляются ошибки на портах коммутатора.
Что вызывает хроматическую дисперсию?
Хроматическая дисперсия – это общее понятие, на самом деле под «хроматической» подразумевают сумму материальной дисперсии и волноводной.
Материальная дисперсия вызывается изменением показателя преломления в материале в зависимости от длины волны. Изменение показателя преломления в диапазоне спектра, используемого волоконной оптикой, может показаться небольшим (всего несколько процентов). Однако, при работе на больших расстояниях даже настолько незначительные отклонения вызывают значительные уширения (растекание спектра) импульсов.
Вопрос дисперсии в волноводах несколько сложнее. В одномодовом волокне длина волны света несколько больше, чем диаметр сердечника волокна, в результате чего свет, проходящий по волокну, проходит в области, которая превышает диаметр сердечника. Эта область называется диаметром поля моды.
Рис. 2. Диаметр модового поля.
Диаметр модового поля – это поперечный размер поля основной моды оптического волокна. Это важный параметр, так как он показывает область, в которой сосредоточена основная доля оптической мощности. Волны, имеющие большую длину, перемещаются в области, которая превышает диаметр модового поля. Получается так, что часть света движется в геометрическом ядре волокна, а часть движется в оболочке. Более длинные волны имеют больший диаметр модового поля, поэтому в оболочке они рассеиваются больше.
Компенсация хроматической дисперсии
Дисперсионные характеристики оптического волокна можно регулировать конструкцией и материалом волокна. Таким образом, можно изготовить волокно, которое имеет отрицательное значение хроматической дисперсии. Соответственно, добавляя в линию связи такое волокно, можно восстановить сигнал, то есть компенсировать дисперсию.
Есть два разных устройства, компенсирующих дисперсию. Они отличаются размерами, уровнем вносимых затуханий и ценой.
Волоконный компенсатор хроматической дисперсии (DCF)
Внутри такого компенсатора находится отрезок оптического волокна с отрицательным значением хроматической дисперсии.
Рис. 3. Компенсатор хроматической дисперсии.
Обычно такие устройства имеют 1U исполнение, вносят порядка 5дБ затуханий на 60км, и используются в DWDM системах на небольших расстояниях из-за своих размеров.
Компенсатор хроматической дисперсии на Брэгговской решетке.
Рис. 4. Компенсатор хроматической дисперсии Брэгга.
Волокна с отрицательным значением хроматической дисперсии имеют высокую чувствительность к изгибам и обладают большими вносимыми потерями, поэтому в качестве альтернативы можно использовать компенсатор дисперсии, изготовленный на основе дифракционных решеток Брэгга. Однако, они обладают высокой стоимостью и подвержены нестабильности параметров под воздействием температуры и натяжения волокна.
