ичні сигнали навіть помірної потужності можуть призводити до нелінійних явищ.
Нелінійність волокна стає відчутною, коли інтенсивність лазерного випромінювання (потужність на одиницю поперечного перерізу) досягає порогового значення. Крім того, вплив нелінійностей виявляється після проходження сигналом деякого шляху по волокну залежно від параметрів, конструкції волокна і умов його роботи.
Дійсно, напруженість електричного поля E поширюваного оптичного сигналу пропорційна його потужності P, помноженої на квадратичну по полю нелінійну добавку n2 показника заломлення волокна і поділеній на ефективну площу серцевини волокна Aeff, і може бути представлена ??відповідно до формули 3.3:
, (3.3)
де:
?- Загасання у волокні;
?- Фаза хвилі, що поширюється;
?- Коефіцієнт нелінійності.
Якщо припустити, що оптичне випромінювання поширюється в волокні у вигляді гауссова пучка, то ефективну площу можна виразити через діаметр модового поля волокна MFD (Mode Field diameter), як показано у формулі 3.4:
. (3.4)
Для волокон зі зміщеною дисперсією (рек. ITU-T G.653) і з ненульовою зміщеною дисперсією (рек. ITU-T G.655) ефективна площа Aeff приблизно дорівнює 50-60 мкм2, в той час як для волокна зі зміщеною дисперсією (рек. ITU-T G.652) вона складає близько 80 мкм2. Іноді використовують поняття ефективної довжини волокна Leff, що дає той же ефект, що і величина Aeff. Для типового одномодового волокна Leff становить 20 км.
Залежно від характеру поведінки нелінійного коефіцієнта? всі нелінійні явища можна розділити на дві категорії. Це явища розсіяння (коли дійсна частина коефіцієнта? Дає посилення або загасання) і явища заломлення (коли уявна частина коефіцієнта? Призводить до фазової модуляції).
У явищах розсіяння сигнал лазера розсіюється на звукових хвилях (акустичних фононах) або на молекулярних коливаннях волокна (оптичних фононах) і зміщується в область більш довгих хвиль. Мають місце два наступних ефекту розсіювання:
вимушене зворотне розсіювання Бріллюена-Мандельштама (на акустичних фононах);
вимушене раманівське або комбінаційне розсіювання (на оптичних фононах).
У явищах, що залежать від показника заломлення, при високому рівні потужності сигналу необхідно враховувати нелінійність показника заломлення (формула 3.5):
, (3.5)
де: - показник заломлення волокна; - коефіцієнт нелінійності показника заломлення волокна (n2=(2 ... 3)? 10-16 см2/Вт для кварцового волокна); - інтенсивність оптичного сигналу.
До явищ, залежних від показника заломлення, відносяться:
фазова автомодуляціі або вплив сигналу на власну фазу;
перехресна фазова модуляція або вплив сигналу одного каналу на фазу сигналу в іншому каналі;
чотирьох хвильове зміщення або змішання деякого числа хвиль з виникненням випромінювання на нових довжинах хвиль.
При вимушеному зворотному розсіянні Бріллюена-Мандельштама сигнал лазера створює періодичні області з перемінним показником заломлення, тобто дифракційну решітку, яка розходиться від оптичного пучка подібно акустичній хвилі. Відбитки, викликані цієї віртуальної гратами, пос...
