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=е-(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.