2.10. Зависимость удельной материальной дисперсии объёмного кварцевого стекла от длины волны.

В выражение для материальной дисперсии одномодового волокна входит дифференциальная зависимость показателя преломления от длины волны:

где Δλ – ширина спектра источника излучения, l – длина световода, λ – длина волны излучения; c – скорость света в вакууме, n₁ – показатель преломления сердцевины. – удельная материальная дисперсия, измеряется в пикосекундах на километр длины световода и на нанометр ширины спектра источника: [nc/(км•нм)].

Рисунок 2.10 – Зависимость удельной материальной дисперсии объёмного кварцевого стекла от длины волны

В объёмном кварцевом стекле в диапазоне длин волн 1000 – 1600нм, М(λ) почти линейно уменьшается +70…-40пс/(км•нм), принимая нулевое значение на длине волны 1270нм. Длина волны, при которой удельная материальная дисперсия М(λ) обращается в ноль, называется длиной волны нулевой дисперсии λ_0Д для объёмной среды. В области длин волн менее λ_0Д, материальная дисперсия положительная – более красные волны опережают более синие и прибывают раньше, а в области длин волн больше λ_0Д – позже. Значит, для уменьшения дисперсии нужно при выборе источника переходить от оптических источников СИД к ЛД, и так же от источников с длинами волн 850нм…1300нм для использования эффекта нулевой дисперсии.

2.11. Зависимость удельной волноводной дисперсии кварцевого волокна от длины волны.

Волноводная дисперсия реальных световодов отлична от дисперсии объёмной среды по причине наличия волноводной структуры, изменяющей эффективный показатель преломления моды. Когда растёт длина волны, большая часть поля заходит в оболочку и меняет показатель преломления среды. Изменяя эффективный показатель преломления среды можно менять дисперсию. Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью эффективного показателя преломления от длины волны, что приводит к различию скоростей распространения частотных составляющих излучаемого спектра:

где Δλ – ширина спектра источника излучения, l – длина световода, n₁ – показатель преломления сердцевины, Δ – относительный показатель преломления, c – скорость света в вакууме, λ – длина волны излучения. – удельная волноводная дисперсия. Типичная зависимость удельной волноводной дисперсии кварцевого одномодового волокна от длины волны:

Рисунок 2.11 – Зависимость удельной волноводной дисперсии кварцевого волокна от длины волны

Как видно из рисунка, удельная волноводная дисперсия N(λ) всегда больше нуля, т. е. положительная. Вклад волноводной дисперсии зависит от радиуса сердцевины, разности показателей преломления сердцевины и оболочки и числа оболочек.

В многомодовых ОВ волноводная дисперсия относительно мала по величине.

2.12. Профиль показателя преломления одномодового волокна со смещённой в область длин волн 1550нм ненулевой дисперсией.

Коэффициент удельной хроматической дисперсии: , где M(λ) - коэффициент материальной дисперсии, а N(λ) - коэффициент волноводной дисперсии.

Если коэффициент волноводной дисперсии всегда больше нуля (N(λ)>0), то коэффициент материальной дисперсии может быть как положительным (M(λ)>0), так и отрицательным (M(λ)<0). Важно то, что при определённой длине волны (примерно 1310±10нм для ступенчатого ОМ волокна) результирующая дисперсия D(λ)=0, обеспечивая всего лишь один канал передачи без дисперсии на этой длине волны. Длина волны, при которой результирующая дисперсия D(λ) в волокне обращается в ноль, называется длиной волны нулевой дисперсии λ_0D для волокна. Существуют три типа одномодовых оптических волокна – стандартное ОМ ОВ (для λ=1310нм), одномодовое волокно со смещённой нулевой дисперсией (абсолютный минимум хроматической дисперсии смещён в диапазон длин волн 1550нм) и одномодовое волокно со смещённой в область длин волн 1550нм ненулевой дисперсией. Рассмотрим последнее.

Такое волокно оптимизировано для высокоскоростной передачи на нескольких длинах волн в третьем окне прозрачности (1550нм), дисперсионный параметр D не равен нулю, но мал (|D| ≤ (0,1– 0,4 пс/(км⋅нм)) и слабо меняется вблизи нуля в указанном диапазоне волн, формируя почти плоскую дисперсионную характеристику.

Профиль показателя преломления такого волокна имеет характерную форму трезубца, величина центрального зубца которого существенно больше боковых зубцов:

Рисунок 2.12 – Профиль показателя преломления одномодового волокна со смещённой в область длин волн 1550нм ненулевой дисперсией