Dyspersja światłowodów

Transkrypt

1 Dyspersja światłowoów Prezetaja zawiera kopie folii omawiayh a wykłazie. Niiejsze opraowaie hroioe jest prawem autorskim. Wykorzystaie iekomeryje ozwoloe po warukiem poaia źróła. Sergiusz Patela

2 Shemat systemu światłowoowego Źróło światła (aajik) szum Detektor światła (obiorik) Elektryzy sygał wejśiowy Światłowó Elektryzy sygał wyjśiowy Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów

3 Degraaja jakośi trasmisji w systemah światłowoowyh Skłaiki toru trasmisji światłowoowej, umożliwiają komuikaję a zaze oległośi z użymi prękośiami. Są oe jeoześie źrółem szumu i egraaji jakośi trasmisji w torze światłowoowym. Jest to tak zway szum przyrząowy (CNR Compoet Relate Noise) Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 3

4 Źróła egraaji sygału w systemah światłowoowyh (CRN). Dyspersja światłowou (eformaja impulsu i szum moowy). Tłumieie światłowou 3. Wzmaiaze optyze (EDFA) - szum i ierówomierość pasma wzmoieia 4. Przełąziki optyze - przesłuhy 5. aser - migotaie harakterystyki spektralej 6. Szum ieply - laser, etektor, osprzęt elektroizy 7. Szum śrutowy - etektor 8. Nieliiowośi pray urzązeń aktywyh (lasery, etektory, moulatory) 9. Nieliiowośi optyze włóka CRN Compoet Relate Noise, szum geeroway w pasywyh i aktywyh elemetah liii światłowoowej. Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 4

5 Defiija yspersji Defiija: Dyspersja to owole zjawisko, w którym prękość rozhozeia się fali elektromagetyzej zależy o jej zęstotliwośi. W telekomuikaji termiu yspersja używa się opisują proesy, w któryh sygał iesioy przez falę elektromagetyzą rozhoząą się w ośroku ulega egraaji. Degraaja ta występuje, poieważ róże skłaowe fali (różiąe się zęstotliwośiami lub wektorami falowymi) rozhozą się z różymi szybkośiami. W komuikaji światłowoowej termi yspersja oosi się o kilku, śiśle zefiiowayh parametrów włóka: yspersji moowej, materiałowej, własej i polaryzayjej. Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 5

6 Dyspersja w światłowoah - ilustraja (poszerzeie impulsu) I T T+T t Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 6

7 Rozaje (mehaizmy) yspersji. Moowa. Materiałowa 3. Własa (światłowoowa) Dyspersja światłowou (yspersja, ysp. wewątrzmoowa, }ysp. prękośi grupowej) 4. Polaryzayja (PMD) Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 7

8 Poszerzeie impulsu w światłowozie skokowym θ α o l t T B T B +T Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 8

9 Poszerzeie impulsu w światłowozie skokowym szybkość propagaji v o zas propagaji t v ajkrótsza roga mi ajłuższa roga max si θ T ( ) max v o l o mi l si θ o o o l l l o l o o o o l o l l l o o l Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 9

10 Oszaowaie szybkośi trasmisji światłowou ługość bitu T b > T szybkość trasmisji B > T T b T. B < T b o l B < B l < o światłowó skokowy o,5, l --> B < 0,4 (Mb/s)km światłowó skokowy x0-3 --> B < 00 (Mb/s)km Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 0

11 Dyspersja światłowou graietowego z mπ p () r 0 α r a la r < a la r a 0 [ ] / t trajektoria promieia opisaa jest róaiem gzie p ( / a ) ( ) ( ) ( ' os + ) si( ) r z r pz r p pz 0 0 / Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów

12 Prękość grupowa i prękość falowa Fala płaska w próżi Prękość fazowa (prękość frotu fazowego) v o v Prękość grupowa (prękość pazki falowej, impulsu) - v g β P Impuls w ośroku v g Prękość grupowa i fazowa są sobie rówie w próżi. W ośrokah materialyh są zazwyzaj róże. Właśiwośi trasmisyje światłowou związae są z prękośią grupową Róże skłaowe spektrale mogą poruszać się z różymi prękośiami fazowymi t Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów

13 Grupowy współzyik załamaia Prękość rozhozeia się frotu fali w ośroku harakteryzuje współzyik załamaia. Propagaję impulsu harakteryzuje grupowy współzyik załamaia: - β Prękość grupowa v g Defiija grupowego współzyika załamaia: β eff k0 v - g β ( k ) 0 eff + eff eff eff eff k 0 eff + π Prękość fali w ośroku to /wsp.zał., stą prękość grupowa w ośroku: vg g eff gzie g eff eff eff + Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 3

14 Impuls światła w światłowozie Poszerzeie impulsu (yspersja) I T T+T Impuls światła - wie harakterystyki:. zasowa. spektrala I I V( ) V( ) Każa skłaowa spektrala porusza się w światłowozie z ią prękośią t Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 4

15 Poszerzeie impulsu - aaliza I T() - zas propagaji skłaowej spektralej o zęstotliwośi. T T+T Rozwiiemy T() w szereg Taylora T T ( ) ) T ( ) + ( )... ( T ( ) T ( ) T ( 0) T T ( ) 0 Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 5

16 Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 6 Opis yspersji za pomoą parametru GWD GWD - Group Veloity Dispersio T T g T v GWD harakteryzuje yspersję w zieziie zęstotliwośi g T v β ef v g β β v T g β T β β GWD (Group Veloity Dispersio)

17 Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 7 Dyspersja w fukji ługośi fali - zamiaa a Sharakteryzujemy yspersję w fukji ługośi fali, zamieiają a i a π π T Związek i zajziemy rozwijają () w szereg Taylora. ( )... ) ( ) ( ) ( + + ( ) ) ( ) ( π π π

18 Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 8 Dyspersja w fukji ługośi fali Rozwijają T() w szereg Taylora otrzymamy (poobie jak la T() ) ( ) ( ) T T g v g v T T g T v β ef v g D T π β β T π v β π D g Uwaga: D i β mają róże zaki

19 Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 9 Opis yspersji - wymiar i jeostki GWD (Group Veloity Dispersio) β β Wymiar [ ], m π β [ ] s π T m s s m β β Jeostka km ps β D (Dyspersja) Wymiar m s m s m v g D [ ], m, m s v g Jeostka km m ps D

20 Dyspersja światłowou a rówaie moowe Rówaie moowe la światłowou plaarego: () t os() θ Φ Φ πm, m 0,,,... k 0 f Rówaie moowe la światłowou włókistego: s gzie: κ γ J κj ( κa) ( κa) k β o K ( γa) ( γa) ( κa) ( κa) Jm + κj ' ' ' ' m m l m + m γkm m o γkm 0 β k l 0 K ( γa) ( γa) mβ ak κ + γ 0 Z rówań moowyh wyika, że fluktuaje wymiarów poprzezyh i współzyika załamaia światłowoów bęą prowaziły o zmia stałyh propagaji moów. Pooby efekt aje stosowaie źróeł światła o skońzoej szerokośi liii spektralej. Zależość () związaa jest z yspersją hromatyzą, fluktuaje i i zmiay z yspersją własą. Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 0

21 Dyspersja światłowou jeoomowego 30 Dyspersja [ps/(km-m)] Dyspersja materiałowa Dyspersja (ałkowita) ZD Dyspersja światłowoowa Długość fali [µm] Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów

22 Dyspersja światłowou z przesuiętą yspersją (DSF) 0.54 ~9 µm 5 µm r Dyspersja [ps/(km-m)] Staarowa Dyspersja płaska Dyspersja przesuięta Długość fali [µm] Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów

23 Metoy kompesaji yspersji Światłowoy wielomoowe profilowaie współzyika załamaia rzeia Światłowoy jeomoowe kompesaja yspersji hromatyzej (CD) światłowoów z przesuiętą yspersją światłowó staarowy + kompesatory yspersji hromatyzej kompesaja yspersji polaryzayjej (PMD) światłowoy potrzymująe polaryzaję (PMF) światłowó staarowy + kompesator yspersji polaryzayjej Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 3

24 Kompesatory yspersji hromatyzej.włóka kompesująe yspersję. Way: Duży rozmiar kompesatora. Stała ługość włóka kompesująego potrzeba o kompesaji w łązu o określoej ługośi; rozwiązaia ie a się stosować w sieiah z przełązaiem optyzym gzie ługość łąza optyzego może być zmiea.. Światłowoowe siatki Bragga. Waa: Jea siatka prauje tylko la jeej ługośi fali. Siatkę moża przestroić, ale ie moża stosować jeej siatki w systemie wielokaałowym DWDM 3. Kompesator a bazie etalou F-P Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 4

25 Metoy pomiaru yspersji hromatyzej Metoa postawowa (refereyja): Pomiar przesuięia fazy Pierwsza metoa alteratywa: Metoa iterferometryza Druga metoa alteratywa: Pomiar opóźieia impulsu Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 5

26 Metoa postawowa: Pomiar przesuięia fazy Współzyik yspersji hromatyzej otrzymujemy z pomiarów wzglęego opóźieia grupowego fal o różyh ługośiah. Pomiar przeprowaza się la zaej ługośi włóka. Pomiarów opóźieia okouje się w zieziie zęstotliwośi, poprzez etekję, zapis i obróbkę przesuięia fazy sygału siusoialego moulująego sygał optyzy. Pomiar przeprowaza się la ustaloyh ługośi fali lub la przeziału ługośi fali Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 6

27 Ukła pomiarowy Kaał sygałowy Źróło (s) Włóko Selektor ługośi fali * Stripper moów płaszzowyh Fotoetektor etektor opóźieia Geerator sygałowy * Jeżeli pomiar tego wymaga. iia opóźiająa Kaał oiesieia (optyzy lub elektryzy) Ukła obróbki sygału aserowe źróło światła: ioa laserowa (liijka io o różyh ługośiah fali), strojoa ioa laserowa (.p. laser z rezoatorem zewętrzym), ED lub ie źróło szerokopasmowe, (.p. laser N:YAG sprzężoy ze światłowoem ramaowskim). Co ajmiej jee pukt pomiarowy powiie zaleźć się 00 m o 0. Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 7

28 Metoa alteratywa r. - Metoa iterferometryza Metoa pozwala mierzyć yspersję za pomoą krótkiego oiak światłowou. (kilka metrów). Metoa polega a pomiarze zależego o ługośi fali opóźieia i porówaiu go z opóźieiem wprowazaym przez kaał oiesieia. Porówaia okouje się metoą iterferometryzą w iterferometrze Maha-Zehera.. Kaałem oiesieia może być włóko o zaej harakterystye yspersyjej, lub wola przestrzeń. Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 8

29 Pierwsza metoa alteratywa. Ukła pomiarowy Baae włóko Dzielik wiązki Detektor ok-i * Źróło światła Selektor ługośi fali Ukła pozyjoująy Ustalaie oległośi x Dzielik wiązki Włóko oiesieia Sygał oiesieia * Jeżeli pomiar tego wymaga Źróło światła:.p. laser YAG z światłowoem ramaowskim, lub ioy ED. Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 9

30 Określaie opóźieia grupowego x (mm) x 0 x x 0 τ ( g ) 0 τ ( g ) 5 τ ( g ) τg ( ) Relative group elay 0 5 τg ( ) 3 Referee fibre Test fibre Wavelegth (m) τg (ps) T Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 30

31 Druga metoa alteratywa: pomiar opóźieia impulsu Dyspersję hromatyzą określa się a postawie pomiarów wzglęego opóźieia grupowego, jakiego ozają impulsy o różyh ługośiah fali, rozhoząe się w światłowozie o zaej ługośi. Opóźieie grupowe mierzoe jest w zieziie zasu, poprzez pomiar, zapis i obróbkę opóźieia impulsów o różyh ługośiah fali. Pomiar moża przeprowazać la ustaloyh ługośi fali lub la określoego spektrum. Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 3

32 Dyspersja - oblizeia Mierzoe opóźieie grupowe a jeostkę ługośi włóka może być opisae za pomoą trójelemetowego wzoru Sellmeiera: S 0 0 ( ) 0 8 τ τ + gzie τ 0 jest wzglęym opóźieiem w pukie zerowej yspersji 0. Współzyik yspersji hromatyzej D() τ/ może być określoy z różizkowego wzoru Sellmeiera: D 0 0 ( ) 3 4 gzie S 0 ahyleie krzywej yspersji w pukie yspersji zerowej, to zazy S() D/ la 0. S 4 Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 3

33 Pytaia. Wymieić wszystkie źróła egraaji sygału w systemah łązośi optyzej. Wymieić i krótko sharakteryzować (źróło, jeostki, wartość) zae rozaje yspersji Sergiusz Patela Postawy teorii światłowoów. Dyspersja światłowoów 33