импульсной передачи данных и искажения. Если мы рассмотрим величину, обратную относительной временной задержке, в качестве оценки порядка ширины полосы, ограничиваемой дисперсией мод, мы получим 14,5 МГц.

10.2.2. ВОЛОКНА С ПЛАВНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

В волокнах с плавным изменением преломления показатель уменьшается непрерывно по мере удаления от центра волокна. Распространение света происходит в виде непрерывного отклонения луча по направлению к оптической оси волокна (рис. 10.3). Свет распространяется

Рис. 10.3. Профиль изменения показателя преломления для волокон с плавным его изменением (а). Показатель преломления уменьшается по параболе от щ на оси волокна до п2 на расстоянии радиуса RB от оси (б). Поперечное сечение волокна показывает, что вблизи заштрихованной центральной области свет проходит медленнее, чем на некотором расстоянии от центра, что приводит к меньшему разбросу времени прибытия и меньшей дисперсии

Показатель . ррелоыления-п1

быстрее в областях с меньшим показателем преломления (крайние наружные участки волокна), что приводит к уменьшению разности времен прохождения, т. е. меньшей дисперсии. Дисперсия минимальна, если форма профиля изменения показателя преломления приближается к параболической.

10.2.3. ОДНОМОДОВЫЕ ВОЛОКНА

Анализ поля в волокне позволяет ввести параметр, называемый нормированной частотой V, которая определяется как

v=sj2LyZ$,(ю.4)

где й - диаметр сердцевины волокна; X-оптическая длина волны источника.

Число распространяющихся мод N можно оценить из выражения

Из уравнения (10.5) вытекает ряд способов уменьшения количества мод. Исследования показали, что при v<2,405 распространяется только одна мода. Для волокна, показанного на рис. 10.2, длина волны источника, составляющая 0,82 мкм, приводит к максимальному диаметру сердцевины, равному 2,6 мкм. Такое волокно накладывает ограничения на ширину полосы пропускания. Однако проектирование света в такую маленькую сердцевину - дело исключительно трудное. К тому же возникают проблемы центровки при осуществлении стыковки волокон.

10.3. ИЗМЕРЕНИЕ ШИРИНЫ ПОЛОСЫ

Ширину полосы волоконно-оптической системы можно определить, измерив временную характеристику при импульсном воздействии света. Связь между частотной и временной характеристиками для импульсного воздействия устанавливается в теории линейных систем. Согласно этой методике в волокно проектируются короткие импульсы света (рис. 10.4).

Узкие входные электрические импульсы тока 1(a) с плоской частотной характеристикой (б) преобразуются в импульсы света (в) с распределением длин волн, характерным для лазерного источника (г).

Рис. 10.4. Измерение временной характеристики для импульсного воздействия позволяет определить полосу пропускания оптического волокна: / - схема формирования импульса тока; 2 - лазерный источник света; 3 --длина оптического волокна 1 км (оптическая энергия распределена между множеством мед); 4 - блок задания режима возбуждения; 5 - фотодетектор; 6 - анализатор спектра

В зависимости от входных условий световая энергия распространяется посредством множества мод в испытываемом волокне. Вследствие дисперсии мод и дисперсии в материале выходной световой импульс имеет некоторую протяженность во времени (<3); на выходе фотодетектора он принимает вид расширенного импульса тока (е). Исследование области частотной характеристики (ж) приводит к ширине полосы волокна 3 дБ.

Выходным сигналом фотодетектора является расширенный по сравнению с входным импульс тока. Расширение импульса обусловлено дисперсией мод, дисперсией в материале (в волокнах, характеристики которых зависят от длины волны), временем нарастания сигнала в детек-

Рис. 10.5. Частоту на уровне 3 дБ определяют посредством преобразования Фурье от выходного а гнала. Данные обычно приводят для отрезков волокна длиной 1 км

400МГц полоса пропускания

250 500 750 Частотами,

торе, емкостью и т. д. Анализатор спектра отображает частотную характеристику системы. Неисправные компоненты, которые могут ограничивать полосу пропускания, можно обнаружить путем их замены. Обычно полосу пропускания оптического волокна изготовитель указывает в виде произведения ширины полосы в мегагерцах на длину волокна в километрах или указывает импульсную дисперсию в наносекундах на километр (рис. 10.5). Анализатор спектра отображает энергетический спектр выходного сигнала.

10.4. ПОТЕРИ В СИСТЕМЕ

Потери в волоконно-оптической системе на пути от входа к выходу обусловлены сочетанием различных факторов. В рассматриваемой системе для обеспечения приемлемых отношений сигнала к шуму или требуемой частоты ошибок на фотодетектор должна поступать достато I-ная мощность. Вследствие оптических потерь между передатчиком и приемником только часть общей мощности излучения источника достигает фотодетектора. Потери можно разделить на потери на ввод излучения, потери в соединителях и на стыках, на ослабление сигнала в волокне и потери на вывод излучения. В данной системе потери уже учтены при