Смекни!
smekni.com

Проект высокоскоростной локальной вычислительной сети предприятия (стр. 20 из 26)

(4-17)

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

, (4-18)

где ведены коэффициенты М(l) и N(l) удельные материальная и волноводная дисперсии соответственно, а Dl (нм) – уширение длины волны вследствие некогерентности источника излучения. Результирующее значение коэффициента удельной хроматической дисперсии определяется как D(l)=М(l)+N(l). Удельная дисперсия имеет размерность пс/(нм км). Если коэффициент волноводной дисперсии всегда больше нуля, то коэффициент материальной дисперсии может быть как положительным, так и отрицательным. И здесь важным является то, что при определенной длине волны (примерно 1310±10 нм для ступенчатого одномодового волокна) происходит взаимная компенсация М(l) и В, а результирующая дисперсия D(l) обращается в ноль. Длина волны, при которой это происходит, называется длиной волны нулевой дисперсии l0. Обычно указывается некоторый диапазон длин волн, в пределах которых может варьироваться l0 для данного конкретного волокна.

Фирма Corning использует следующий метод определения удельной хроматической дисперсии. Измеряются задержки по времени при распространении коротких импульсов света в волокне длиной не меньше 1 км. После получения выборки данных для нескольких длин волн из диапазона интерполяции (800-1600 нм для MMF, 1200-1600 для SF и DSF) делается повторная выборка измерения задержек на тех же длинах волн, но только на коротком эталонном волокне (длина 2 м). Времена задержек, полученных на нем, вычитаются из соответствующих времен, полученных на длинном волокне.

Для одномодового ступенчатого и многомодового градиентного волокна используется эмпирическая формула Селмейера: t(l)=А+Вl2+Сl-2. Коэффициенты А,В,С являются подгоночными, и выбираются так, чтобы экспериментальные точки лучше ложились на кривую t(l). Тогда удельная монохроматическая дисперсия вычисляется по формуле:

(4-19)

где l0=(С/В)1/4 – длина волны нулевой дисперсии, новый параметр S0=8B – наклон нулевой дисперсии (размерность пс/(нм2 км), а l - рабочая длина волны, для которой определяется удельная хроматическая дисперсия.

Для волокна со смещенной дисперсией эмпирическая формула временных задержек записывается в виде t(l)=А+Вl+Сllnl, а соответствующая удельная дисперсия определяется как

(4-19)

со значениями параметров l0-(1+В/С) и S0=C/l0, где l - рабочая длина волны, l0 – длина волны нулевой дисперсии, и S0 – наклон нулевой дисперсии.

Хроматическая дисперсия связана с удельной хроматической дисперсией простым соотношением tchr(l)=D(l)Dl, где Dl - ширина спектра излучения источника. К уменьшению хроматической дисперсии ведет использование более когерентных источников излучения, например лазерных передатчиков (Dl@2 нм), и использование рабочей длины волны более близкой к длине волны нулевой дисперсии. В табл. 4.3. представлены дисперсионные свойства различных оптических волокон.

Табл. 4.3. Дисперсия оптических сигналов в различных оптических волокнах.

Тип волокна

l, нм

Межмодовая дисперсия, пс/км

tmod

Удельная хроматическая дисперсия, пс/(нм км)

D(l)

Результирующая удельная полоса пропускания, МГц км, W=0,44/t

Dl=2 нм

Dl=4 нм

Dl=35 нм

MMF

50/125

850

4141)

99,63)

958

766

125

1310

414

1,0

1062

1062

1050

1550

414

19,2

1058

1044

540

MMF

62,5/125

850

9732)

106,74)

441

414

114

1310

973

4,2

452

452

450

1550

973

17,3

451

450

384

SF

8/125

1310

0

<1,85)

>120000

61000

6900

1550

0

17,5

12600

6300

720

DSF

8/125

1310

0

21,26)

10400

5200

594

1550

0

<1,7

>120000

6500

7400

1. – на основе формулы (4-14), D=0,013, n1=1,47

2) – на основе формулы (4-14), D=0,02, n1=1,46

3) – на основе формулы (4-19), l0=1297¸1316 нм, S0£0,101 пс/(нм2 км)

4) – на основе формулы (4-19), l0=1322¸1354 нм, S0£0,097 пс/(нм2 км)

5) – на основе формулы (4-19), l0=1301,5¸1321,5 нм, S0£0,092 пс/(нм2 км)

6) – на основе формулы (4-19), l0=1535¸1565 нм, S0£0,085 пс/(нм2 км)

Технические характеристики взяты у волокон, производимых фирмой Corning

Для того, чтобы при передаче сигнала сохранялось его приемлемое качество – соотношение сигнал/шум было не ниже определенного значения‑необходимо, чтобы полоса пропускания волокна на длине волны передачи превосходила частоту модуляции. Ниже приводятся пример расчета допустимой длины сегмента с использованием табл. 4.3.

Расчет: Стандарт Fast Ethernet для многомодового волокна. Оптический интерфейс 100Base-FX предполагает кодировку 4В/5В с частотой модуляции 125 МГц. При использовании светодиодов с Dl=35 нм (1310 нм) удельная полоса пропускания для волокна 62,5/125 составляет 450 МГц км, и при длине оптического сегмента 2 км будет 225, что больше 125 МГц, то есть с точки зрения дисперсии, протяженность в 2 км является допустимой, что находится в полном соответствии со стандартом Fast Ethernet на многомодовое волокно.

Слабая зависимость полосы пропускания многомодового волокна (например 62,5/125) от спектральной ширины источника излучения, работающего на длине волны 1310 нм (450 МГц км при Dl=35 нм, и 452 МГц км при Dl=2 нм), объясняется незначительной долей хроматической дисперсией по сравнению с межмодовой в силу близости рабочей длины волны к длине волны нулевой дисперсии. Таким образом, технические требования к спектральной полосе оптических передатчиков для работы по многомодовому волокну на длине 1310 нм обычно слабые.

Градиентное многомодовое волокно.

Широко используются два стандарта многомодового градиентного волокна – 62,5/125 и 50/125, отличающиеся профилем сердцевины, рис. 4.7.а. Соответствующие спектральные потери для типичных волокон показаны на рис. 4.7.б.

В табл. 4.4. приведены основные характеристики многомодовых градиентных волокон двух основных стандартов 50/125 и 62,5/125.

Отметим, что полоса пропускания на длине волны 1300 нм превосходит соответствующее значение на длине волны 850 нм. Это объясняется следующим образом. Дисперсия, которая определяет полосу пропускания, состоит из межмодовой и хроматической составляющих.


Рис.4.7.а. Многомодовые градиентные волокна; профили показателей преломления волокон 50/125 и 62,5/125/

Рис.4.7.б. Многомодовые градиентные волокна; характерные кривые спектральных потерь мощности.

Таблица 4.4. Значения параметров градиентных многомодовых волокон.

Параметры

Градиентно многомодовое волокно

MMF 50/125

MMF 62,5/125

Номинальное затухание на длине волны 850 нм (дБ/км)

£2,4

£2,8

Номинальное затухание на длине волны 1300 нм (дБ/км)

£0,5

£0,6

Максимальное затухание на длине волны 850 нм (дБ/км)

£2,5

£3,0

Максимальное затухание на длине волны 1300 нм (дБ/км)

£0,8

£0,7

Полоса пропускания на длине волны 850 нм (МГц км)

³400

³200

Полоса пропускания на длине волны 1300 нм (МГц км)

³800

³400

Длина волны нулевой дисперсии, l0 (нм)

1297-1316

1332-1354

Наклон нулевой дисперсии, S0 (пс/(нм2 км))

£0,101

£0,097

Диаметр сердцевины, d (мкм)

50,0±3,0

62,5±3,0

Числовая апертура, NA

0,200±0,015

0,275±0,015

Рабочий диапазон температур

–60С°-+85С°

–60С°-+85С°

Вносимое затухание в температурных пределах –60С°-+85С° на длинах волн 850 нм и 1300 нм (дБ/км)

£0,2

£0,2

Вносимое затухание в температурных пределах –10С°-+85С°, влажности до 98% на длинах волн 850 нм и 1300 нм (дБ/км)

£0,2

£0,2

Стандартная длина волокна, поставляемого на катушке (м)

1100-4400

1100-8800

Диаметр оболочки (мкм)

125,0±2,0

125,0±2,0

Радиальное отклонение сердцевины относительно оболочки (мкм)

£3,0

£3,0

Диаметр защитного покрытия (мкм)

245±10

245±10

Отклонение сердцевины от окружности

£5%

£5%

Тестовое усилие на разрыв (Гн/м2)

³0,7

³0,7

Эффективный показатель преломления neff на длине волны 850 нм

1,4897

1,5014

Эффективный показатель преломления neff на длине волны 1300 нм

1,4856

1,4966

Если межмодовая дисперсия слабо зависит от длины волны – в соотношениях (4-14), (4-15) зависимостью показателя преломления от длины волны можно пренебречь, то хроматическая дисперсия пропорциональна ширине спектра излучения. Коэффициент пропорциональности D(l) при длинах волн в окресности 1300 нм (l0) близок к нулю, в то время как на длине волны 850 нм примерно равен 100 пс/(нм2 км). Специфика использования многомодового волокна такова, что обычно в качестве передатчиков используются светоизлучающие диоды, имеющие уширения спектральной линии излучения благодаря некогерентности источника примерно Dl ~ 50 нм, в отличии от лазерных диодов с уширением Dl ~ 2 нм и меньше. Это приводит к тому, что хроматическая дисперсия на длине волны 850 нм начинает играть существенную роль наряду с межмодовой дисперсией. Значительно уменьшить хроматическую дисперсию можно при использовании лазерных передатчиков, имеющих значительно меньшее спектральное уширение. Воспользоваться этим преимуществом лазерных передатчиков можно только при использовании одномодового волокна в окнах прозрачности 1310 нм и 1550 нм, когда полностью отсутствует межмодовая дисперсия и остается только хроматическая дисперсия.