Элементы и устройства оптоэлектроники. Самохвалов М.К. - 106 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

УлГТУ | Ульяновск

Составители: 

Рубрика: 

105
Согласно сказанному выделяют три составляющие дисперсии: межмодовую
(или волноводную), обусловленную различием групповых скоростей различ-
ных мод; внутримодовую, обусловленную нелинейной зависимостью постоян-
ной распространения данной моды от длины волны; материальную (дисперсию
материала), выражающуюся в зависимости показателя преломления среды от
длины волны. Отметим, что модовая дисперсия может иметь место и тогда, ко-
гда показатель преломления среды не зависит от длины волны излучения, т.е.
дисперсия материала D = 0.
Дисперсия, подобно инерционным процессам в электрических цепях и элек-
тронных приборах, проявляется в завале частотной характеристики световода
(зависимость интенсивности излучения на выходе от частоты модуляции) и в
искажении передаваемых импульсов света (расплывание, уширение). Любой из
видов дисперсии тем существеннее, чем протяжённее световод (временное рас-
хождение между двумя лучами «набегает» по мере их распространения); по-
этому для характеристики инерционности используют временные параметры,
приведённые к единице длины световода: полоса пропускания f
0
, МГц*км; по-
стоянная дисперсии τ
0
, нс/км; уширение импульса σ
0
, нс/км. Величина f
0
опре-
деляется по спаду частотной характеристики на 3 дБ, τ
0
- по времени нарастания
импульса в e раз,
σ
0
- по расплыванию единичного δ-импульса на уровне поло-
вины его амплитуды. Между этими параметрами имеется простая взаимосвязь:
f
0
τ
0
= 0,16, σ
0
= 2,2τ
0
. Для оценки инерционности световода длиной L величины
τ
0
и σ
0
умножаются, а fo делится на L.
Полуколичественная оценка межмодовой дисперсии может быть получена с
помощью моделей геометрической оптики. Для двухслойного световода разни-
ца времени распространения центрального осевого луча и с φ
= φ
a
на единичной
длине ∆t
ФА-0
= ∆n/c = NA
2
/(2n
C
c). Для типичного световода с n
С
= 1,5 и NA = 0,2
получаем ∆t
ФА-0
= 40 нс/км.
Данное выражение определяет верхнюю границу постоянной времени вол-
новодной дисперсии τ
0
(всегда τ
0
<∆t
ФА-0
), конкретное значение которой зависит
от закона распределения интенсивности свет (т.е. от относительного вклада от-
дельных лучей).
Более детальную информацию о закономерностях распространения излуче-
ния в волокне даёт волновая (или модовая) теория, базирующуюся на строгом
решении системы уравнений Максвелла. Наиболее наглядные выражения для
дисперсионных характеристик волокон удаётся получить при анализе расплы-
вания δ-импульса. Для многомодового двухслойного ступенчатого световода
уширение импульса вследствие межмодовой дисперсии σ
0B
= ∆n/(2√3c). Ис-
пользуя переводное соотношение, получим τ
0
= 0,14∆t
ФА-0
, что согласуется с ка-
чественными представлениями лучевой теории.
Межмодовая дисперсия значительно уменьшается в градиентных световодах
(граданы, селфоки – self-focusing). В них показатель преломления в плоскости,
перпендикулярно оси, монотонно уменьшается от центра к периферии. Лучи,
направленные под углом к оси, испытывают рефракционное искривление тра-
ектории (явление, подобное рефракции в атмосфере Земли). Рефракция приво-
дит к самофокусировке лучей на осевой линии световода, их траектории пред-

Страницы