Реферат по предмету "Коммуникации и связь"


Дисперсия в волоконных световодах

Дисперсия в волоконных световодах
В световодах при передачи импульсных сигналов после прохождениянекоторого расстояния импульсы искажаются, расширяются и наступает момент, когдасоседние импульсы перекрывают друг друга.
Данное явление в теории световодов носит название дисперсии.В курсе физики дисперсией называется распространение синусоидальных волн разныхчастот с различными фазовыми скоростями.
Расширение импульсов устанавливает предельные скорости передачиинформации по световоду при импульсно-кодовой модуляции и при малых потерях ограничиваютдлину участка регенерации. Дисперсия также ограничивает ширину полосы пропусканиясветовода.
Рассмотрим явление дисперсии более подробно. Распространениеимпульса электромагнитной энергии по световоду может быть представлен в виде рядалучей, как показано на рис.1.
/>
Аксиальный луч (1) распространяется вдоль оптической оси и проходитрасстояние />.Время пробега при этом составит
/>
где /> - фазовая скорость электромагнитнойволны.
Время пробега того же расстояния /> наклонным лучом с максимально возможнымзначением угла />
/>.
Так как максимальное значение /> определяется углом полного внутреннегоотражения />с,то
/>
Когда эти два луча, переносящие электромагнитную энергию, складываютсявместе, наклонный луч по сравнению с аксиальным лучом имеет временное запаздывание
/>
Это приводит к тому, что форма выходного импульса по сравнениюсо входным импульсом искажается, импульс расширяется во времени (рис.1).
Такое явление называется межмодовой (модовой) дисперсией(/>) и проявляетсяв многомодовых световодах. Однако данный вид дисперсии не единственный в волоконныхсветоводах.
Дисперсия определяется тремя главными составляющими:
межмодовой;
волноводной;
материальной.
дисперсия волоконный световод волна
Волноводная (/>) характеризуется зависимостью групповойскорости моды от длины волны, а материальная (/>) — зависимостью коэффициента преломленияматериала световода от длины волны.
Результирующая дисперсия может быть рассчитана по формуле:
/>.
Различные виды дисперсии проявляются по-разному в различных типахволоконных световодов. В ступенчатых многомодовых оптических волокнах доминируетмежмодовая дисперсия, которая рассчитывается по формуле:
/>,
где />.
В реальных ступенчатых волоконных световодах расширение импульсасоставляет />=20нс/км. В градиентных волоконных световодах модовая дисперсия практически отсутствует.Это объясняется параболическим профилем показателя преломления сердечника стекловолокна(рис.2).
/>
Рис. 2
Аксиальный луч (1) проходит меньший путь, но в среде с большимпоказателем преломления.
Периферийный луч (2) проходит больший путь, но в среде с меньшимпоказателем преломления.
В результате время пробега лучей выравнивается и расширение импульсаза счет модовой дисперсии практически отсутствует, т.к. составляет />=50 пс/км, что в400 раз меньше, чем в аналогичных по размерам ступенчатых многомодовых световодах.
Тем не менее расчет межмодовой дисперсии d в градиентных световодахпроизводится по формуле:
/>.
В одномодовых световодах модовая дисперсия отсутствует и расширениеимпульса определяется внутримодовой дисперсией, т.е. уширение импульса в пределахкаждой моды, которая вызвана материальной и волноводной дисперсиями,.
Для определения внутримодовой дисперсии необходимо воспользоватьсяпонятиями фазовой и групповой скоростями распространения электромагнитных волн.
В соответствии с основными положениями электродинамики в однородныхсредах плоская электромагнитная волна распространяется с фазовой скоростью
/> и групповой скоростью />.
Для недисперсионной среды фазовая скорость не зависит от частоты,и тогда групповая скорость равна фазовой скорости.
Подставим в выражение для групповой скорости />, продифференцируем и получим/>.
Однако, в дисперсионных средах, где фазовая скорость электромагнитнойволны является функцией частоты, />ф и/>гр имеют разныезначения.
/>
Для дисперсионной среды, где показатель преломления зависит отчастоты, вводится групповой показатель преломления
/>.
Учитывая, что
/>,
выражение для группового показателя преломления можно записатьв виде
/>
и групповую скорость
/>
Тогда можно определить время распространения импульса электромагнитнойэнергии через дисперсионную среду длиной />:
/>.
Если среда обладает дисперсией и ширина спектра излучения составляет/>, то световыеимпульсы при распространении расширяются:
/>
Ширину спектра излучения обычно определяют по уровню половинноймощности. Удобно ввести относительную величину спектра излучения
/>.
Тогда после распространения импульса в дисперсионной среде нарасстояние /> ширинаего на уровне половинной мощности определится следующим соотношением:
/>.
Для оценки уширения импульса вводится понятия среднеквадратическогоотклонения, которое принимается на уровне 0,6 от максимальной мощности импульсагауссовой формы (рис3).
/>
Рис. 3
Тогда уширение импульса за счет волоконного световода определится:
/>.
Среднеквадратическое уширение импульса, обусловленное внутримодовойдисперсией рассчитывается по формуле:
/>
где /> - километрическое среднеквадратическоеотклонение длины волны основной моды;
М — коэффициент удельной материальной дисперсии;
N2 — групповой показатель преломления в материалеоболочки;
V — нормированная частота;
/> - нормированное время пробега.
Первый член приведенного выражения определяется дисперсией материала,второй — волноводной дисперсией.
Для определения материальной дисперсии воспользуемся трехчленнойдисперсионной формулой Селмейера, которая характеризует спектральную зависимостьпоказателя преломления стекол в диапазоне 0,6 — 2 мкм
/>,
где коэффициенты Аi и li (i=1,2,3) определяютсяэкспериментально.
Возьмем производную от приведенного выражения по />.
/>
Производная от первого слагаемого
/>
Аналогично для i-го члена
/>
Тогда производная определится
/>
Возьмем вторую производную по />.
/>
Производная от первого слагаемого
/>
Аналогично для i-го члена
/>
Тогда коэффициент удельной материальной дисперсии определится
/>
Таким образом, материальная дисперсия представляет собой расширениеимпульса при прохождении электромагнитной волны в большом объеме стекла.
Определяется зависимостью показателя преломления от длины волныи это означает, что различные длины волн распространяются с различной скоростью.Волноводная дисперсия представляет собой расширение импульса, которое происходитвследствие того, что электромагнитная волна, заключенная в некоторую среду, зависитот ее волноводной структуры. Действительно, с увеличением длины волны возрастаетдиаметр поля моды, а так как в одномодовых световодах волна распространяется нетолько в сердечнике, но и частично в оболочке, все большая часть мощности импульсасосредотачивается в оболочке, показатель преломления которой относительно мал.
Скорость распространения такой волны меняется, что и приводитк расширению импульса.
/>
Рис.4
Рассмотрим действие материальной и волноводной дисперсий в одномодовойволоконном световоде (рис.4).
С увеличением длины волны удельная материальная дисперсия уменьшаетсяи на длине волны 1,3 мкм принимает отрицательные значения. Длина волны, при которойдисперсия равна нулю, называется длиной волны нулевой дисперсии (/>).
Волноводная дисперсия несмещенных волокон представляет собойотносительно небольшую величину и находится в области положительных чисел.
Создавая стекловолокна со смещенной дисперсией, основу которойсоставляет ее возросшая волноводная компонента, появляется возможность скомпенсироватьматериальную дисперсию и сдвинуть нулевую дисперсию в длинноволновую область, т.е.к третьему окну прозрачности (/>=1,55 мкм). Данный сдвиг осуществляетсяуменьшением диаметра сердечника, увеличением /> и использованием треугольной формыпрофиля показателя преломления сердечника.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Роль жителей Ивановской области в освобождении России от иноземнои интервенции
Реферат Экзаменационные вопросы по государственному экзамену по специальности "Менеджмент организации" за 2007 год
Реферат Проект разработки и принятия управленческого решения по эффективной организации маркетинговой работы
Реферат Принцип программного управления. Микропроцессор. Алгоритм работы процессора
Реферат Text analysis of the short story Piano by William Saroyan
Реферат Тренинг клиент-центрированного взаимодействия для сотрудников салонов красоты
Реферат Контрольная работа по дисциплине «Управление персоналом»
Реферат Наука как форма духовного освоения действительности
Реферат Амазония
Реферат Pornography Essay Research Paper Pornography1 IntroductionMy topic
Реферат Сучасні футурологічні концепції про соціально-політичні перспективи людства
Реферат Освободительная война украинского народа 16481654 годов
Реферат Определении уровня развития наглядных форм мышления у детей 6-7 лет и готовности их к школьному
Реферат Духовная жизнь общества 2
Реферат Iii. Субъекты политики Тема III социальные общности как субъекты политики