Uporabnik:Noordinary

ČLANEK V IZDELAVI!

Motnje signalov v optičnih vlaknih so povezane s pojavi disperzije, ki spremenijo in popačijo optični signal v vlaknu in niso posledica oslabitve signala zaradi absorbcije in razpršitve.

Disperzija

Disperzija svetlobnega signala v optičnem vlaknu

Zaradi disperzija se sunki svetlobe s časom podaljšujejo, kar določa maksimalno frekvenco signala, ki ga lahko še zaznamo na izhodu. Maksimalmna možna hitrost prenosa je tako odvisna od dolžine vodnika in jo običjano podajamo kot frekvenco na dolžino vlakna. Danes so tipične hitrosti prenosov za enorodovna vlakna okoli 10 GHz na km in 10 MHz na km v večrodovnih vlaknih. V optičnem vodniku se pojavljajo trije različni tipi disperzije.

Rodovna disperzija

Rodovna disperzija je dominanten vzrok podaljšanja svetlobnih sunkov v večrodovnih vlaknih. Vsak rod oz. rešitev valovne enačbe v večrodovnem vlaknu se namreč širi po vodniku s svojo specifično hitrostjo. Tehnično gledano to ni prava disperzija, saj ni povezana z valovno dolžino svetlobe, vendar je učinek enak. Podaljšanje sunka $\Delta \tau$ zaradi rodovne disperzije v vodniki dolžine $L$ z lomnim količnikom sredice $n_{1}$ in lomnim količnikom plašča $n_{2}$ nam podaja enačba:

$\Delta \tau ={\frac {L}{c_{0}}}(n_{1}-n_{2})$.

Rodovne disperzije se znebimo z uporabo enorodovnih vlaken, zmanjšujemo pa jo z uporabo vlaken z zveznim profilom lomnega količnika, kjer ni ostre meje med sredico in plaščem. Katero rešitev uporabimo, je odvisno od namena uporabe vlakna. V enorodovna vlakna zaradi manjše dimenzije sredice precej težje spelljemo svetlobo v vlakno.

Snovna disperzija

Lomni količnik snovije odvisen od valovne dolžine svetlobe ($n=n(\lambda )$) oz. od njene krožne frekvence ($n=n(\omega )$). Grupna hitrost, ki določa hitrost širjenja informacije po vodniku, je odvisna od lomnega količnika:

$v_{g}=c\left(n+\omega {\frac {dn}{d\omega }}\right)^{-1}=c\left(n-\lambda {\frac {dn}{d\lambda }}\right)^{-1}={\frac {c}{n_{g}}}$

kjer je $n_{g}$ grupni indeks. Če je optični signal sestavljen iz več valovnih dolžin, se vsaka njegova komponenta širi po vlaknu z drugačno hitrostjo in zato doseže sprejemnik ob drugem času, kar povzroči popačitev in razširitev začetnega sunka. Sunek s spektralno širino $\Delta \lambda$ se v vodniku dolžine $L$ podaljša za

$\Delta \tau =\left|{\frac {L}{c_{o}}}{\frac {dn_{g}}{d\lambda }}\Delta \lambda \right|=\left|{\frac {\lambda }{c_{o}}}\left({\frac {d^{2}n}{d\lambda ^{2}}}\right)L\Delta \lambda \right|$,

kar ponavadi zapišemo kot

$\Delta \tau =D\cdot L\cdot \Delta \lambda$,

kjer je $D$ koeficient snovna disperzije, ki je pogosto podan v enotah psec/(nm km), torej število pikosekund, za katere se bo sunek razširil, ko prepotuje 1 kilometer na nanometer spektralne širine. Ker ima vsak končno dolg sunek svetlobe končno veliko spektralno širino, je materialna disperzija v optičnem vlaknu neizogibna. Vsak material ima pri določeni valovni dolžini $\lambda _{0}$ točko ničelne disperzije, za katero velja $D(\lambda _{0})=0$. Za $\lambda <\lambda _{0}$ ima material negativno disperzijo grupne hitrosti, kar pomeni da se svetlobni signal z večjo valovno dolžino širijo hitreje kot tisti z manjšo in obratno za $\lambda >\lambda _{0}$ ima material pozitivno disperzijo grupne hitrosti. Območje okoli $\lambda _{0}$, kjer gre disperzija grupne hitrosti skozi 0, je zaželjeno območje delovanja optičnih komunikacij, se pa zaradi končne spektralne širine signala $\Delta \lambda$ disperzija pojavlja tudi tam.

Valovodna disperzija

Valovodna disperzija

Od vseh treh vrst disperzije ima valovodna disperzija praviloma najmanjši efekt. Pomembna postane v enorodovnih vlaknih pri komunikacijah blizu $\lambda _{0}$. Enačba lastne vrednosti, ki nam določa propagacijski koeficient $\beta$, je odvisna od valovnega vektorja $k$, ki je povezan z valovno dolžino po enačbi $k=2\pi /\lambda$. Pri spremembi $\lambda$ se spremeni tud $\beta$. V osnovnem rodu se bo svetloba pri različnih valovnih dolžinah $\lambda$ širila pod različnimi koti, geometrijsko gledano torej po valovodu opravi različno dolgo pot.

Podaljšanje sunka zaradi valovodne disperzije podaja enačba:

$\Delta \tau =\left|{\frac {k^{2}}{2\pi c_{o}}}{\frac {d^{2}\beta }{dk^{2}}}L\Delta \lambda \right|$

Kot smo že omenili, je valovodna disperzija v praksizanemarljiva povsod, razen v območju okoli točke ničelne snovne disperzije $\lambda _{0}$, kjer lahko postane izjemno pomembna. Disperzije se namreč med seboj seštevajo in s pametnim načrtovanjem strukture in dimenzij vodnika lahko zaradi valovodne disperzije premikamo točko celokupne ničelne disperzije. Če jo premaknemo tako, da se pokriva z območjem najmanše atenuacije signala, dobimo najbolj optimalni vodnik za določeno valovno dolžino.

Drugi vzroki motenj

Zaradi same narave optičnega vlakna je signal znotraj optičnega vlakna precej bolj neobčutljiv na zunanje motnje kot običajni električni signal v koaksialnih kablih in bakrenih vodnikih. Ne prihaja do prisluhov med vlakni in vdora zunanjih polj, tako da se večina šumov pri optičnih komunikacijah zgodi na optičnih detektorjih.

Glej tudi

• optično vlakno
• šum