Лекция№8_ОНС. 9. 4 Поляризационномодовая дисперсия (pmd)

• Название: 9. 4 Поляризационномодовая дисперсия (pmd)
• Дата: 08.10.2021
• Размер: 173.95 Kb.
• Имя файла: Лекция№8_ОНС.docx
• Тип: Документы; #243792

9.4 Поляризационно-модовая дисперсия (PMD)
Наблюдается только в высокоскоростных системах

В>2,5Гбит/с (≈10Гбит/с)

Δλ0,1нм и меньше. ОВ одномодовое – SF

Причины: нулевая мода имеет 2 поляризационные составляющие. Угол между ними составляет 90⁰.

Перпендикулярная составляющая сильнее проникает в оболочку и имеет скорость распространения ниже, чем параллельная составляющая. Параллельная составляющая по скорости опережает перпендикулярную составляющую. Это происходит вследствие не идеальности формы сердцевины ОВ. У реальных ОВ наблюдается эллиптичность сердцевины.

ОВ при прокладке и эксплуатации может получать нагрузки – давление, скручивание, растяжение. Это приводит к изменению формы сердцевины ОВ.



Длина ОВ сотни километров.

PMD носит статический характер, может изменяться во времени и зависеть от внешних условий. В настоящее время она приобретает большее значение, в связи с увеличением скорости эксплуатации.

, T – [ ],

где Т – коэффициент PMD.

Для того, чтобы не допустить потери мощности порядка 1дБ и больше в течении 30 минут за год, средняя дифференциальная временная задержка (PMD) между фиксированными временными положениями информационных импульсов должно быть меньше 0,14*2Т_И, где Т_И – половина периода следования импульса. Скважность импульса должна быть Q=2.

З ависимость требуемой полосы пропускания от PMD:

В²L=0,02/(PMD)²,

где В²L,(Гбит/с)²км – квадрат полосы пропускания информационного тракта, умноженный на длину.

Для 10Гбит/с линии длиной 100км - PMD<1,4пс/км. Что соответствует STM-64. STM-16-2,5Гбит/с.


Методы компенсации поляризационно – модовой дисперсии

1. 
   Строгий контроль концентричности сердцевины при изготовлении;
   
2. 
   При изготовлении кабеля и при прокладке строгий контроль условий, т.е. минимальная нагрузка.
   
3. 
   Использование компенсаторов дисперсии – фазовый корректор, который выравнивает фазовые скорости двух поляризационных составляющих.
   

Типовые значения дисперсии для различных ОВ:

Тип ОВ	λ,нм	ТMOD,пс/км	τch, пс/(нм*км)	W= (ц /км)=0,44/τ
				Δλ=2	Δλ=4	Δλ=35
MMF 50/125	850 1310 1550	414 414 414	99,6 1 19,2	958 1062 1058	766 1062 1044	125 1050 540
SF	1310 1550	0 0	<1,8 17,5	>120000 12600	61000 6300	6900 720
DSF	1310 1550	0 0	21,2 <1,7	10400 >120000	5200 65000	594 7400

Параметры ОВ Lucent Technologyies, Corning, Fujikura:

α₁₃₁₀≤0,34дБ/км;

α₁₅₅₀=0,2дБ/км;

1 виток =32мм;

Прирост затухания на изгибе ≤ 0,05дБ/км;

Длина волны нулевой дисперсии: λ₀=1301,5 ± 21,5нм;

PMD ≤ 0,1 ; PMD_MAX ≤ 0,2 ;

Диаметр модового пятна:

d_MOD=8,8 – 9,6мкм, при λ=1310нм;

d_MOD=9,55 – 11,5мкм, при λ=1550нм;

Глава

10. Затухание в оптических волокнах

Затухание – потери мощности в оптической среде (ОВ),происходящая за счет внутренних и внешних причин.

α, [дБ/км] – в ОВ

Чем меньше затухание α и меньше дисперсия τ, тем больше длина регенерационного участка L.

Затухание: потери на поглощение (α_abs), потери на рассеяние (α_scf), кабельные потери (α_rad) – радиационные (от слова ”радиус”):

α_Σ= α_abs+ α_scf+ α_rad

Полное затухание в линии:

, [дБ]

1. 
   Потери на поглощение состоят из собственных потерь в кварцевом стекле: УФ поглощение (поглощают энергию электроны) и ИК поглощение (поглощают энергию атомы и молекулы) + потери, связанные с поглощением света на примесях. При производстве ОВ вводят легирующие добавки P, B, Br, Fe и т.д. на уравнение атомов. Примесные центры поглощают свет на определенных длинах волн (в зависимости от типа примеси) и рассеивают свет в виде джоулевого тепла. На кривой потерь появляются пики поглощения. Отдельная группа – примесь воды (гидроксильных групп ОН^-). Дает максимальное поглощение на λ =1380нм. В стандартных ОВ эта область спектра не используется. Потери от 1 до 2 дБ. Чтобы работать на этой длине волны ОВ высушивают. Собственные потери на поглощение растут в ИК и УФ области и становятся значимыми на длинах волн λ<650нм и λ>2000нм.
   
2. 
   Потери на рассеяние (Рэлеевское). Современное ОВ сверхчистое, чистота 99,99999. Наличие примесей перестает быть главенствующим фактором затухания. Минимальные достигнутые потери 0,15дБ/км. Дальнейшему снижению потерь препятствует релеевское рассеяние. Оно вызвано наличием неоднородностей микроскопического масштаба. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в различных направлениях. Часть его теряется в оболочке, часть двигается в противоположном направлении. Эти неоднородности появляются в процессе изготовления ОВ. Например: изменение плотности, показателя преломления.
   

Потери на рэлеевское рассеяние зависят от длины волны λ^-4 . Сильнее проявляются в области коротких длин волн.

α_int=K_relλ^-4+δ_OH-(λ)+ ce ^–k/λ,

где K_rel=0,8мкм⁴ дБ/км;

δ_ОН- (λ) – мах 1380нм;

с = 0,9дБ/км, k=0,7-0,9мкм - ИК поглощение.

Кривая затухания в оптических волокнах.

Значения коэффициентов потерь мощности:

	ММF	SF
λ=850нм	α=1-2,8дБ/км	α=1дБ/км
λ=1310нм	α=0,8дБ/км	α=0,34-0,36дБ/км
λ=1550нм	α=0,6дБ/км	α=0,2дБ/км
λ=1380нм	α=1,5-2,0дБ/км	α=0,55дБ/км

Кривая затухания в современном ОВ:

3. 
   Кабельные потери обусловлены скруткой, деформацией, изгибами волокон, возникшими при наложении покрытия, оболочек на ОВ и при изготовлении ОВ. При соблюдении технических условии на прокладку кабеля номинальный вклад со стороны радиационных потерь составляет не более 20% от полного затухания. Дополнительные радиационные потери появляются, если радиус изгиба кабеля становится меньше номинального допустимого, указанного в спецификации на ВОК (волоконно-оптический кабель).
   

Rexp(-R/R_c)

R≈q/(NA)² =a/2nΔn,

где а - радиус сердцевины.

Если ОВ изогнуто так, что поверхностное напряжение более 0,2%, то возникнут микротрещины.

Пример: а=30мкм;

b=125мкм;

n=1.5;

Δ=0.01;

NA=0.15;

то R_критич=2мм; R>b/0.002=500b; R>31250мкм=31мм.

4. 
   Влияние ионизирующего излучения на потери в ОВ.
   

В военных и космических системах связи требуется ОВ, устойчивое к высоким уровням радиации. Под воздействием радиации разрушаются химические связи в стекле, создаются другие уровни электронов, становятся возможными переходы. Это создает потери в видимой и ближней ИК-области. При малых дозах облучения наведенные потери прямо пропорциональны начальной дозе облучения. В многокомпонентных стеклах химические связи особенно чувствительны к радиации. Поэтому применяют ОВ из чистого плавленого кварца без примесей легирующих элементов.

Обнаружено, что гидроксильные группы ОН^- хоть и увеличивают обычные потери, но их умеренная концентрация снижает чувствительность ОВ к воздействию радиации. ОН^- препятствует образованию дефектных центров.

Специально разработано ОВ выдерживает дозу 1000Рад. 1Рад - излучения 1 Дж, поглощенная массой 100кг. Потери на облучение сотни дБ/км. Процесс обратим.