Глава 15. Уширение импульсных сигналов в процессе их распространения по стекловолокну

Введение

В процессе распространения импульса света по стекловолокну его искажения обусловлены двумя основными причинами: увеличением длительности (уширением импульса во времени) и уменьшением амплитуды . В настоящем разделе рассматриваются основные физические причины, вызывающие уширение импульса.

15.1. Распределение гаусса как наиболее типичная форма амплитудно - модулированного оптического сигнала

Оптическое излучение, используемое для формирования несу­щей частоты в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) характери­зуется частотами порядка Гц. Поскольку на таких частотах сов­ременная радиоэлектронная аппаратура не способна осуществлять частотную и фазовую модуляцию оптической несущей частоты, одним из способов модуляции является АМПЛИТУДНАЯ. Обычно, на моду­лятор подается П-образный видеоимпульс с достаточно высокой кру­тизной переднего и заднего фронта (рисунок 15.1), где - электрическое напряжение, как функция времени . В результате прямоугольный импульс "расплывается" и обретает характерную "колокольную" фор­му (рис. 15.2), где - мощность излучения. При воздействии этого импульса в полупроводниковом лазере возникают переходные процессы, связанные со специфической работой интерферометров – составной части структуры лазера.

Рисунок 15.1

Рисунок 15.2

Рисунок 15.3

Аналогичную форму приобретает импульс напряженности электромагнитного поля на выходе модулятора (на входе в ВОЛС) с частотой за­полнения несущей порядка Гц (рис. 15.3).

Как показывает опыт [15], для большинства модуляторов (электрооптических, магнитооптических, акустооптических, волноводных и других), форма подаваемого на вход ВОЛС импульса достаточно хорошо соответствует распределению ГАУССА (рис.15.3)

, (15.1)

где - длительность импульса на уровне ,

- момент времени, соответствующий амплитуде

Для гауссова импульса мощности важным параметром является длительность импульса на уровне 0,5 мощности (рис.15.4)

Из (15.1) имеем (15.2)

То есть (15.3)

Рисунок 15.4

Откуда или .

Во всем дальнейшем рассмотрении будет предполагаться:

1. Уширению подвергаются импульсные сигналы с Гауссовой формой распределения мощности излучения;

2. В процессе уширения импульса ход зависимости (15.1) не на­рушается.

15.2. Внутримодовая волноводная хроматическая «дисперсия» (ввхд)

ВВХД представляет собою уширение импульсного сигнала, вызванное зависимостью волнового вектора от частоты электромагнитной волны .

Пусть волновой пакет распространяется в стекловолокне в виде единственной МОДЫ (узкий пучок параллельных лучей) с груп­повой скоростью

(15.4)

Время распространения импульса по траектории длины (рис. 15.5):

Рисунок 15.5

в стекловолокне

. (15.5)

Уширение импульса

Операция идентична, в данном случае, операции отыскания полного дифференциала функции ( ), для нахождения которого мы берем производную от этой функции (по ) и умножаем эту про­изводную на дифференциал соответствующего аргумента (« »).

Таким образом, уширение импульса за счет ВВХД, согласно (15.5):

. (15.6)

Для расчёта величины надо знать длину пути , зависи­мость , - в волновом пакете не­сущих частот.