Czynniki wpływające na zniekształcenie sygnału w światłowodzie

Czas narastania

Dyspersja określa, o ile poszerzy się impuls świetlny po przejściu przez włókno optyczne. W optoelektronicznych systemach telekomunikacyjnych, oprócz dyspersji,  istotną rolę odgrywa też inny czynnik – czas narastania impulsu t_n. Jest to czas potrzebny do wzrostu amplitudy impulsu od 10% do 90% jej wartości maksymalnej (dla idealnego impulsu prostokątnego czas narastania wynosi zero). Czas narastania oraz dyspersja są powiązane ze sobą zależnością [4]

Różnica między czasem narastania a dyspersją została pokazana na rysunku 27.

Rys.27. Różnica między dyspersją (a) i czasem narastania (b) [4].

Łącze światłowodowe składa się nie tylko z włókna światłowodowego, ale również z nadajnika (TX) i odbiornika (RX), które należy uwzględnić przy obliczaniu całkowitego czasu narastania w łączu. Wyznaczenie tego parametru jest ważne z tego powodu, iż determinuje on szerokość przenoszonego pasma częstotliwości. Mając szerokość pasma można z kolei określić maksymalną szybkości przesyłania danych w łączu. Czas narastania i analogowa szerokość pasma są powiązane zależnością [4]

Całkowity czas narastania w łączu określa wzór [4]

gdzie:
t_TX – czas narastania wnoszony przez nadajnik,
t_f – czas narastania w światłowodzie,
t_RX – czas narastania wnoszony przez odbiornik.

W celu wyeliminowania negatywnego wpływu dyspersji na transmitowane sygnały we współczesnych systemach światłowodowych stosuje się dwa rodzaje światłowodów:

• światłowody z przesuniętą dyspersją,
• światłowody z płaską charakterystyką dyspersji.

Umożliwiają one uzyskanie niemal zerowej dyspersji w II i III oknie transmisyjnym przy minimalnym tłumieniu i są ważnym elementem w nowoczesnej telekomunikacji światłowodowej. Przykładowe zależności współczynnika dyspersji od długości fali dla trzech typów światłowodów znajdują się na rysunku 28.

Rys.28. Przykładowa zależność współczynnika dyspersji od długości fali dla trzech typów światłowodów [2].

3. Podsumowanie

Wpis ten został poświęcony charakterystyce parametrów transmisyjnych światłowodów takich jak tłumienie i dyspersja. Stanowią one podstawowe ograniczenia występujące przy projektowaniu światłowodowych systemów telekomunikacyjnych. Rozwój współczesnej techniki pozwala jednakże minimalizować wpływ wyżej wymienionych czynników na jakość transmitowanego sygnału.

Tłumienie nie powoduje zmiany kształtu sygnału, zmniejsza jedynie jego moc. Zjawisko to nasila się wraz ze wzrostem długości łącza, ogranicza zatem zasięg transmisji. Dyspersja natomiast zmienia kształt sygnału, powoduje jego rozmycie w czasie rosnące wraz ze wzrostem odległości transmisji, co może prowadzić do błędnego odbioru informacji. Główną przyczyną zniekształceń we włóknach jednomodowych jest dyspersja chromatyczna, natomiast we włóknach wielomodowych najbardziej znaczącym rodzajem dyspersji jest dyspersja modowa. Poprzez odpowiedni dobór materiałów i profilu współczynnika załamania, możliwa jest realizacja światłowodu posiadającego zerową dyspersję w drugim (1310 nm) i trzecim (1550 nm) oknie transmisyjnym przy zachowaniu minimalnego tłumienia. Jak wspomniano w punkcie 2.2. światłowód taki nazywany jest światłowodem z płaską charakterystyką dyspersji.

Mimo zastosowania różnym metod eliminacji dyspersji, zjawisko to jest jednym z głównych elementów przyczyniających się do zniekształcenia sygnału w sieciach wykorzystujących włókna optyczne.

Literatura:
[2] Jerzy Siudak, „Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej”, WKŁ Warszawa 1999.
[3] Göran Einarsson, „Podstawy telekomunikacji światłowodowej”, WKŁ Warszawa 1998.
[4] Kathryn Booth, Steven Hill, „Optoelektronika”, WKŁ Warszawa 2001.