Xromatik dispersiya koeffitsienti. Xromatik dispersiya analizatori. Hd ni o'lchash usullari

Xromatik dispersiya koeffitsienti. Xromatik dispersiya analizatori. HD ni o'lchash usullari

• 
  30.06.2020
  

BAHAM KO'RING
BAHAM KO'RING
Optik tolaning muhim parametri dispersiya bo'lib, uning axborot o'tkazuvchanligini belgilaydi.
Optik tola nafaqat yorug'lik energiyasini, balki foydali ma'lumot signalini ham uzatadi. Ketma-ketligi axborot oqimini belgilaydigan yorug'lik impulslari tarqalish jarayonida loyqa bo'ladi. Etarlicha katta kengayish bilan impulslar bir-birining ustiga chiqa boshlaydi, shuning uchun qabul qilish paytida ularni ajratish mumkin bo'lmaydi (3-rasm).
3-rasm - Dispersiyaning ta'siri
Dispersiya - optik signalning spektral yoki rejim komponentlarining vaqt bo'yicha dispersiyasi, bu optik tola bo'ylab tarqaladigan optik nurlanish pulsining davomiyligini oshirishga olib keladi va impuls davomiyligi kvadratlaridagi farq bilan belgilanadi. 0V chiqish va kirishda:
Dispersiya qiymati qanchalik kichik bo'lsa, tolalar orqali ko'proq ma'lumot uzatilishi mumkin. Dispersiya nafaqat OF chastota diapazonini cheklaydi, balki signal uzatish diapazonini sezilarli darajada kamaytiradi, chunki chiziq qancha uzun bo'lsa, impulslarning davomiyligi shunchalik ko'p bo'ladi.
Dispersiya odatda uchta asosiy omil bilan belgilanadi:
Boshqariladigan rejimlarning tarqalish tezligidagi farq (modelararo dispersiya),
Optik tolaning yo'naltiruvchi xususiyatlari (to'lqin uzatuvchi dispersiyasi),
U tayyorlangan materialning parametrlari (material dispersiyasi).


4-rasm - Dispersiya turlari
Dispersiyaning paydo bo'lishining asosiy sabablari, bir tomondan, OF (modalararo dispersiya)dagi ko'p sonli rejimlar bo'lsa, ikkinchi tomondan, to'lqin uzunligi spektrida (xromatik dispersiya) haqiqatda ishlaydigan nurlanish manbalarining nomuvofiqligi. .
Modalararo dispersiya
U ko'p rejimli OFlarda ustunlik qiladi va OF orqali rejimlarning kirishdan chiqishgacha bo'lgan o'tish vaqtining farqi bilan bog'liq. Bosqichli sindirish ko'rsatkichi profiliga ega bo'lgan optik tola uchun to'lqin uzunligi bo'lgan elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tezligi barcha rejimlar uchun bir xil bo'ladi.Optik manba nurlanishining belgilangan chastotasida (to'lqin uzunligi) boshqariladigan rejimlarning tarqalish yo'llarining farqi quyidagilarga olib keladi: bu rejimlarning optik tola orqali o'tish vaqti har xil ekanligi. Natijada, OF chiqishida ular tomonidan hosil qilingan impuls kengayadi. Pulsning kengayish qiymati eng sekin va eng tez rejimlarning tarqalish vaqti o'rtasidagi farqga teng. Bu hodisa intermode dispersiya deb ataladi.
Modalararo dispersiyani hisoblash formulasini OFda boshqariladigan rejimlar tarqalishining geometrik modelini hisobga olgan holda olish mumkin. Bosqichli optik toladagi har qanday boshqariladigan rejim yorug'lik nuri bilan ifodalanishi mumkin, u tola bo'ylab harakatlanayotganda "yadro qoplamasi" interfeysidan qayta-qayta to'liq ichki aks etishni boshdan kechiradi. Istisno asosiy mod HE 11 hisoblanadi , tolalar o'qi bo'ylab aks etmasdan harakatlanadigan yorug'lik nurlari bilan tavsiflanadi.
L ga teng OB uzunligi bilan , tolalar o'qiga burchak va z bo'ylab tarqaladigan yorug'lik nurining zigzag yo'lining uzunligi L/cos va z (5-rasm).


5-rasm - Ikki qavatli OFda yorug'lik nurlarining tarqalish yo'llari
To'lqin uzunligi l bo'lgan elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tezligi ko'rib chiqilayotgan tolada bir xil va teng:
qayerda bilan - yorug'lik tezligi, km/s.
Odatda OVda n 1 ? n 2, shuning uchun u quyidagi shaklni oladi:

bu erda yadro qoplamasining sinishi ko'rsatkichlarining nisbiy qiymati.
Formuladan ko'rinib turibdiki, intermode dispersiya tufayli impulsning kengayishi qanchalik kichik bo'lsa, yadro va qoplamaning sinishi ko'rsatkichlari o'rtasidagi farq shunchalik kichik bo'ladi. Haqiqiy bosqichma-bosqich bu farqni iloji boricha kichikroq qilishga intilishining sabablaridan biri bu.
Amalda, bir jinsli bo'lmaganlar (asosan mikrobuklar) mavjudligi sababli, individual rejimlar OF dan o'tayotganda bir-biriga ta'sir qiladi va energiya almashadi.
Optik tolalarning strukturaviy parametrlari to'g'ri tanlangan bo'lsa, bosqichli optik tolalardagi intermodal dispersiyani butunlay yo'q qilish mumkin. Shunday qilib, agar siz yadroning o'lchamlarini qilsangiz va? juda kichik, keyin faqat bitta rejim tashuvchisi to'lqin uzunligida tola bo'ylab tarqaladi, ya'ni rejim dispersiyasi bo'lmaydi. Bunday tolalar bir rejimli deb ataladi. Ular eng yuqori o'tkazuvchanlikka ega. Ularning yordami bilan aloqa magistrallarida katta kanallar to'plamini tashkil qilish mumkin.
Puls dispersiyasi, shuningdek, tolalar yadrosi kesimida sinishi profilini to'g'ri tanlash orqali sezilarli darajada kamayishi mumkin. Masalan, gradient OF larga o'tish bilan dispersiya kamayadi. Bosqichli optik tolalarning intermodda dispersiyasi, qoida tariqasida, pog'onali tolalarga qaraganda kattalik tartibida pastroq va ko'proq.
Bunday gradient optik tolalarda, bosqichli tarqalish profiliga ega bo'lgan optik tolalardan farqli o'laroq, yorug'lik nurlari endi zigzag shaklida emas, balki to'lqin yoki spiral spiral traektoriyalar bo'ylab tarqaladi.
2.1 Dispersiyaning sabablari va turlari
Elyafdagi dispersiyaning paydo bo'lishining asosiy sababi radiatsiya manbasining (lazer) nomuvofiqligidir. Ideal manba ma'lum bir to'lqin uzunligi l 0 da barcha quvvatni chiqaradi, ammo haqiqatda nurlanish l 0 ± Dl spektrida sodir bo'ladi (2.1-rasm), chunki barcha hayajonlangan elektronlar ular chiqarilgan holatga qaytmaydi. nasos paytida.
2.1-rasm. Haqiqiy lazer nurlanishi
Sindirish ko'rsatkichi chastotaga bog'liq kattalikdir, ya'ni n - l ning funktsiyasi: n = f (l), 2.2-rasmga qarang.

2.2-rasm. Sinishi ko'rsatkichining to'lqin uzunligiga bog'liqligi
Shuning uchun, to'lqin uzunliklari l 0 ± Dl aralashmasidan iborat signal tarqalganda, signalning qismlari turli tezlikda tarqaladi va dispersiya sodir bo'ladi:
l ± Dl → n ± Dn → c /(n ± Dn) → v ± Dv → Dt.
Bunday dispersiya material dispersiyasi deb ataladi.
To'lqinning ko'ndalang tarqalish konstantasi (tola radiusi bo'ylab) ham to'lqin uzunligiga bog'liq, ya'ni rejim maydoni va qoplamaning asosiy chegarasidan tashqariga chiqadigan rejim maydoni tomonidan tutilgan qismining maydoni bog'liq. to'lqin uzunligi bo'yicha. Yorug'likning yadro bilan qobiqning chegara qismi bo'ylab tarqalishi yadro bo'ylab ko'ra yuqori tezlikda boradi, bu dispersiyaning o'zgarishiga yordam beradi. Bu dispersiya to'lqin o'tkazgich dispersiyasi deb ataladi. Ushbu ikkala dispersiya, material va to'lqin o'tkazgich birgalikda xromatik dispersiya deb ataladi. Ular arifmetik tarzda qo'shiladi. 2.3-rasmda material va to'lqin o'tkazgich dispersiyasi va ularning yig'indisining to'lqin uzunligiga bog'liqligi ko'rsatilgan. l = 1300 nm da standart bir rejimli tola uchun bu dispersiyalar teng va qarama-qarshi belgiga ega va umumiy dispersiya nolga teng.

2.3-rasm. Standart bir rejimli tolada materialning to'lqin uzunligiga bog'liqligi va to'lqin o'tkazgich dispersiyasi (nm)
Ko'p rejimli tolada xromatik dispersiyadan tashqari, intermode dispersiya ham mavjud. Agar bir nechta rejim mavjud bo'lsa, unda har biri o'z tezligi bilan tola bo'ylab tarqaladi, bu bir-biridan sezilarli darajada farq qilishi mumkin. 2.4-rasmda ba'zi rejimlarning faza tezligining grafiklari ko'rsatilgan.

Guruch. 2.4. Ba'zi rejimlarning faza tezligining chastotaga bog'liqligi grafigi.
Agar tolaning parametrlari o'zgarsa, masalan, yadro diametri tasodifiy o'zgaradi, rejimlar o'zgaradi va rejimlar energiya almashadi. Intermodda dispersiya - bu xromatik dispersiyadan kattaroq tartib bo'lib, bu intermode dispersiyasi bo'lmagan bir rejimli kabellarning rivojlanishiga olib keldi. 2.1-jadvalda har xil turdagi tolalar uchun dispersiya turlarining taxminiy nisbati ko'rsatilgan.
2.1-jadval. O'rtasidagi nisbat har xil turlari dispersiya

Umumiy dispersiya xromatik va intermodal dispersiyalarning kvadratlari yig'indisining kvadrat ildizi sifatida aniqlanadi:
 (2.1)
Materiallar va to'lqin o'tkazgich dispersiyasi formulalar bo'yicha hisoblanadi
t mat = ∆l∙ M(l)∙ L (2.2),
t vv = ∆l∙ V(l)∙ L (2.3),
bu erda ∆l - lazer nurlanish o'tkazuvchanligi, nm;
M(l) va V(l) – o‘ziga xos material va to‘lqin o‘tkazgich dispersiyasi, ps/(nm·km);
L - chiziq uzunligi, km.
M (l) va B (l) qiymatlari ma'lumotnomalarda keltirilgan.
t S \u003d [t mm 2 + (t mat + t vv) 2] 1/2
Jadval varianti. 2.1. Har xil turdagi tolalar uchun taxminiy dispersiya qiymatlari
2.2. Polarizatsiya rejimi dispersiyasi (PMD)
Yorug'lik yorug'likning tarqalish yo'nalishiga ko'ndalang tebranishdir (2.5-rasm). Agar maydon vektorining oxiri to'g'ri chiziqni tasvirlasa, unda bunday qutblanish chiziqli, agar aylana yoki ellips bo'lsa, u holda aylana yoki elliptik deb ataladi. Aksariyat odamlar, kamdan-kam istisnolardan tashqari, yorug'likning qutblanishini sezmaydilar, faqat bir nechtasi (masalan, Lev Tolstoy) qutblangan va qutblanmagan yorug'likni aniq ajratib turadi. An'anaviy o'rnatilgan yorug'lik qabul qiluvchisi (diod) ham to'lqinning qutblanishiga emas, balki faqat intensivligiga javob beradi. Biroq, ayrim turdagi kuchaytirgichlar kabi ba'zi optik qurilmalar polarizatsiyaga bog'liq daromadga ega.

Guruch. 2.5. Chiziqli polarizatsiya turlari
Bundan tashqari, vektor polarizatsiyasi mavjud katta ahamiyatga ega aks ettirish va sinish jarayonlarida, chunki aks ettirilgan va singan to'lqinlarning amplitudalarini tavsiflovchi Fresnel koeffitsientlari, umumiy holatda, qutblanish vektorining yo'nalishiga bog'liq (2.6-rasm). 2.6-rasmda gorizontal ajratish tekisligidan o'tganda parallel (chiziq) va perpendikulyar (nuqta) qutblanish nurlari aralashmasining tarqalish tekisligiga nisbatan qanday aks etishi ko'rsatilgan. Rasmdan ko'rinib turibdiki, ma'lum burchak ostida (Brewster burchagi) barcha aks ettirilgan to'lqinlar perpendikulyar qutblanishga ega, singan to'lqinlar esa parallel qutblanishga ega.

Guruch. 2.6. Turli polarizatsiya to'lqinlarining aks etishi.
Klassik bir rejimli tolada yagona rejim HE 11 to'lqinidir. Biroq, agar qutblanish hisobga olinsa, u holda tolada gorizontal va vertikal x va y o'qlariga mos keladigan ikkita o'zaro ortogonal rejim mavjud. Haqiqiy vaziyatda tolalar har doim kesmada ideal doira emas, lekin texnologiyaning ma'lum xususiyatlari tufayli ko'pincha kichik ellipsni ifodalaydi. Bundan tashqari, kabelni o'rash va uni yotqizish paytida assimetrik mexanik kuchlanishlar va tolalar deformatsiyalari paydo bo'ladi, bu esa ikki sinishiga olib keladi. Qo'shimcha kuchlanish tufayli sinishi ko'rsatkichi o'zgaradi va turli sohalarda ortogonal rejimlarning tarqalish tezligi bir-biridan farq qiladi, bu esa ortogonal rejimlarning tarqalishida turli vaqt kechikishlarini keltirib chiqaradi. Umuman olganda, puls vaqt o'tishi bilan statistik kengayishni boshdan kechiradi, bu polarizatsiya rejimi dispersiyasi (PMD) deb ataladi. Chiziqning turli bo'limlaridagi PMD har xil bo'lgani uchun va statistik qonunlarga bo'ysunadi, odatda ildiz-o'rtacha kvadrat yig'indisi ishlatiladi va PMD formulasi yordamida hisoblanadi.
Optik tolaning dispersiyasi - vaqt o'tishi bilan optik signal tarkibiy qismlarining tarqalishi. Dispersiyaning sababi optik signal komponentlarining turli tarqalish tezligidir.
Dispersiya OFda tarqalish vaqtida optik impulslarning davomiyligini (kengayishini) oshirish sifatida namoyon bo'ladi. Optik impulslar davomiyligining oshishi ramzlararo interferensiyani keltirib chiqaradi - bu o'zaro bog'lanishni keltirib chiqaradi, bu signal-shovqin nisbatini yomonlashtiradi va natijada qabul qilish xatolariga olib keladi. Shubhasiz, optik impulslarning kengayishi bilan ramzlararo shovqin kuchayadi. Impuls kengayishining belgilangan qiymati uchun impulslarni takrorlash davrining qisqarishi bilan belgilararo interferensiya kuchayadi. T. Shunday qilib, dispersiya liniyada axborot uzatish tezligini cheklaydi B=1/T va regeneratsiya uchastkasining uzunligi (RU).
Optik tolalarda dispersiyaning bir nechta turlarini ajratish mumkin: modal, polarizatsiya rejimi va xromatik dispersiya.
Ko'p rejimli OFda turli xil tarqalish vaqtlariga ega bo'lgan ko'p sonli rejimlarning mavjudligi sababli intermode dispersiya ustunlik qiladi.
dispersiyaning boshqa turlaridan sezilarli darajada oshadi, shuning uchun bunday optik tolalarning tarmoqli kengligi asosan modal dispersiya bilan belgilanadi. Ko'p rejimli optik tolalarning tarmoqli kengligining oshishi sinishi indeksining gradient profili tufayli erishiladi, bunda yadrodagi sinishi ko'rsatkichi optik tolaning o'qidan qoplamaga qadar asta-sekin kamayadi. Bunday gradient profili bilan tolalar o'qi yaqinidagi nurlarning tarqalish tezligi qoplamaga ulashgan hududga qaraganda kamroq. Natijada, tolalar segmentida yo'naltirilgan nurlarning traektoriyasi uzunligining oshishi bilan ularning traektoriya bo'ylab tarqalish tezligi ortadi. Yo'l qanchalik uzoq bo'lsa, tezlik shunchalik yuqori bo'ladi. Bu nurlarning tarqalish vaqtini tenglashtirishni va shunga mos ravishda modal dispersiyani kamaytirishni ta'minlaydi. Modal dispersiyani minimallashtirish nuqtai nazaridan parabolik profil optimal hisoblanadi.
Ko'p rejimli tolalarning tarmoqli kengligi keng polosali omil bilan tavsiflanadi D.F., MGts. km, qiymati OF pasport ma'lumotlarida birinchi va ikkinchi shaffoflik oynalariga mos keladigan to'lqin uzunliklarida ko'rsatilgan. Odatda multimodli optik tolalar uchun tarmoqli kengligi 400…2000 MGts ni tashkil qiladi. km.
Ko'p rejimli optika mahalliy tarmoqlarda, ma'lumotlarni qayta ishlash markazlarida, kichik uzunlikdagi idoraviy tarmoqlarda qo'llaniladi. Spktral muhrlash tizimlari bilan ishlatilmaydi.




Bir rejimli optik tolalarda faqat bitta asosiy rejim tarqaladi va rejim dispersiyasi mavjud emas.
Xromatik dispersiya yuqori tezlikdagi FOCLlarning regeneratsiya bo'limlari uzunligini cheklovchi asosiy omil hisoblanadi. Tavsiyalar Xalqaro ittifoq telekommunikatsiya ITU-T G.650, quyidagi ta'rif berilgan: xromatik dispersiya (CD) - kengayish yorug'lik pulsi optik tolada, optik axborot signalining spektrini tashkil etuvchi turli to'lqin uzunliklarining guruh tezligidagi farqdan kelib chiqadi. Kengaytirilgan optik tolaning chiqishida optik impulsning davomiyligi eng tezga nisbatan eng sekin spektral komponentning nisbiy guruh kechikishi bilan belgilanadi. Shunday qilib, chiyillashning ta'siri nurlanish manbai spektrining kengligi bilan mutanosibdir. Elektr uzatish liniyasi uzunligi va axborotni uzatish tezligi oshishi bilan xromatik dispersiyaning ta'siri kuchayadi.
CD ga quyidagi komponentlar hissa qo'shadi: material va to'lqin uzatuvchi dispersiya. Elyaf ishlab chiqarishda ishlatiladigan shishaning muhim optik xarakteristikasi - bu signalning tarqalish tezligining to'lqin uzunligiga bog'liqligida namoyon bo'ladigan sinishi indeksining dispersiyasi - material dispersiyasi. Bundan tashqari, bir rejimli tola ishlab chiqarishda, shisha preformdan kvarts filamenti olinganda, tolalar geometriyasi va radial sinishi ko'rsatkichi profilidagi og'ishlar ma'lum darajada sodir bo'ladi. Elyaf geometriyasining o'zi, ideal profildan og'ishlar bilan birga, signalning tarqalish tezligining to'lqin uzunligiga bog'liqligiga ham katta hissa qo'shadi, bu to'lqin uzatuvchi dispersiyadir.




Xromatik dispersiya materialning birgalikdagi harakati bilan aniqlanadi D M ( l) va to'lqin o'tkazgich dispersiyasi D B ( l)