§ 3. Дисперсионные характеристики sm волокон

Параметры хроматической дисперсии волокон зависят от формы профиля показателя преломления. В SM волокнах форма профиля показателя преломления ступенчатая с относительно большим диаметром сердцевины и малым скачком показателя преломления. Различают два типа таких ступенчатых профилей: с согласованной и с депрессированной оболочкой (рис. 2.2). Сердцевина в обоих типах SM волокон легирована германием (GeO₂), однако в волокнах с депрессированной оболочкой степень легирования ниже, так как в них показатель преломления световедущей оболочки уменьшен за счет легирования фтором (F).

Рис. 2.2. Профили показателей преломления SM волокон

а) С согласованной (по показателю преломления) световедущей оболочки

б) С депрессированной световедущей оболочкой

Так как разность показателей преломления между сердцевиной и оболочкой в SM волокнах относительно невелика, то хроматическая дисперсия в них определяется в основном материальной дисперсией. При этом длина волны нулевой дисперсии λ₀ попадает во второе окно прозрачности. Хроматическая дисперсия выражается через длину волны нулевой дисперсии и коэффициент наклона дисперсии S₀ на длине волны нулевой дисперсии интерполяционной формулой:

D(λ) = S₀ (λ – λ₀⁴/λ³)/4. (2.1)

Интерполяционная формула (2.1) специфицирована в Rec. G.652 для диапазона длин волн 1260.. .1360 нм. В диапазоне длин волн 1550 нм ее можно применять только для оценок. Рассчитанная с помощью (2.1) зависимость D(λ) при S₀ = 0.092 пс/(нм²∙км) и λ₀ = 1310 нм изображена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Хроматическая дисперсия D(λ) как сумма материальной D_M(λ) и волноводной дисперсий D_в(λ) в стандартном одномодовом волокне (SM)

Величина дисперсии SM волокон может изменяться в относительно небольших пределах (рис. 2.4). Эти вариации (как и у λ₀) вызваны флуктуациями диаметра сердцевины волокна и разностью показателей преломления между сердцевиной и оболочкой. Особого практического значения эти вариации не имеют, так как их относительная величина мала, а при компенсации полной дисперсии в линии ее все равно приходится измерять.

Рис. 2.4. Гистограмма распределения коэффициента дисперсии на длине волны 1550 нм для SM волокна производства Hitachi

Коэффициент наклона дисперсии (S(λ) = dD(λ)/dλ), как видно из рис. 2.3, уменьшается с увеличением длины волны. Продифференцировав по 1 выражение (2.1), получаем

S(λ) = S₀ (l + 3 λ₀⁴/λ⁴)/4. (2.2)

Зависимость S(λ) при S₀ = 0.092 пс/(нм²∙км) и λ₀ = 1310 нм изображена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Зависимость наклона дисперсионной кривой от длины волны для SM волокна (при λ₀ = 1310 нм и S₀ = 0.092 пс/(нм²∙км))

Дисперсионные параметры SMF-28™ приведены в таблице № 2.3. Как видно из первых двух строк этой таблицы, диапазон возможных изменений длины волны нулевой дисперсии и величина наклона коэффициента дисперсии удовлетворяют требованиям Rec. G.652 (1300…1324 нм).

Таблица № 2.3. Дисперсионные параметры SM.F-2S™

Длина волны нулевой дисперсии	1301 нм < λ < 1321 нм
Наклон коэффициента дисперсии	0.092 пс/(нм^2∙км)
PMD	0.1..0.2 пс/км^1/2

Поляризационная дисперсия (PMD) в «старых» SM волокнах, как правило, велика (1...0.5 пс/км^1/2), так как при скоростях передачи до В = 2.5 Гбит/с (STM-16) и относительно коротких расстояниях между ретрансляторами (L ~ 100 км) ее вклад в уширение импульсов мал. Действительно, даже если коэффициент PMD равен 1 пс/км^1/2, то на расстоянии в 100 км он приведет к уширению импульса Δt_PMD ⁼ PMD х L^1/2 = 10 пс, что на порядок меньше допустимой ширины импульса Δt = 1/(4В) = 100 пс для STM-16.

Однако в последние годы скорость передачи возросла до В = 10 Гбит/с (STM-64), а расстояние между ретрансляторами увеличилось до L ~ 1000 км. В этом случае уширение импульса Δt_PMD при коэффициенте PMD, равном 1 пс/км^1/2, будет равно 30 пс, что уже больше допустимой ширины импульса Δt - 1/(4В) = 25 пс для STM-64. Поэтому в «новых» SM волокнах PMD уменьшена в среднем в 5 раз до уровня 0.2...0.1 пс/км^1/2.