Дисперсія в волоконних світловодах
У световодах при передачі імпульсних сигналів після проходження деякої відстані імпульси спотворюються, розширюються і настає момент, коли сусідні імпульси перекривають один одного.
Дане явище в теорії світловодів носить назву дисперсії . У курсі фізики дисперсією називається поширення синусоїдальних хвиль різних частот з різними фазовими швидкостями.
Розширення імпульсів встановлює граничні швидкості передачі інформації по світловод при імпульсно-кодової модуляції і при малих втратах обмежують довжину ділянки регенерації. Дисперсія також обмежує ширину смуги пропускання світловода. p align="justify"> Розглянемо явище дисперсії більш докладно. Поширення імпульсу електромагнітної енергії по світловод може бути представлений у вигляді ряду променів, як показано на рис.1. br/>В
Аксіальний промінь (1) поширюється вздовж оптичної осі і проходить відстань. Час пробігу при цьому складе
В
де - фазова швидкість електромагнітної хвилі.
Час пробігу того ж відстані похилим променем з максимально можливим значенням кута
.
Так як максимальне значення визначається кутом повного внутрішнього відображення с, то
В
Коли ці два промені, що переносять електромагнітну енергію, складаються разом, похилий промінь в порівнянні з аксіальним променем має тимчасове запізнювання
В
Це призводить до того, що форма вихідного імпульсу порівняно зі вхідним імпульсом спотворюється, імпульс розширюється в часі (рис.1).
Таке явище називається межмодовой (модовой) дисперсією () і проявляється в багатомодових световодах. Однак даний вид дисперсії не єдиний у волоконних світловодах. p> Дисперсія визначається трьома головними складовими:
межмодовой;
хвилеводної;
матеріальної.
дисперсія волоконний світловод хвиля
Волноводная () характеризується залежністю групової швидкості моди від довжини хвилі, а матеріальна () - залежністю коефіцієнта заломлення матеріалу світловода від довжини хвилі.
Результуюча дисперсія може бути розрахована за формулою:
.
Різні види дисперсії проявляються по-різному в різних типах волоконних світловодів. У східчастих багатомодових оптичних волокнах домінує межмодовая дисперсія, яка розраховується за формулою:
,
де.
У реальних східчастих волоконних световодах розширення імпульсу становить = 20 нс/км. У градієнтних волоконних световодах модів дисперсія практично відсутня. Це пояснюється параболічним профілем показника заломлення сердечника скловолокна (рис.2). br/>В
Рис. 2
Аксіальний промінь (1) проходить менший шлях, але в середовищі з великим показником заломлення.
