Pierderi in Fibra Optica Lucrare de Curs Marcel [PDF]

Zitiervorschau

1.1.

Introducere

Factorii care afectează cel mai mult performantele fibrelor optice ca mediu de transmisie sunt atenuarea si lăţimea benzii. Aceste caracteristici de transmisie au o importanta majora in procesul cercetării compatibilităţii fibrelor optice in scopuri de comunicaţii. Deşi lăţimea enorma a benzii fibrelor optice a stimulat mult dezvoltarea comunicaţiilor optice prin ghizii de sticla, atenuarea mare a limitat transmisia semnalelor doar la zeci de metri. Cercetările ulterioare privind atenuării au arătat absorbţia cauzată de impurităţile din sticla, stimulînd investigările asupra sticlelor pure pentru comunicaţii prin fibre optice. În prezent, se folosesc fibre cu pierderi de ordinul a 0,2 dB/.km. După cum atenuarea determina distanta de transmisie a semnalului, dispersia limitează lăţimea benzii fibrei optice. Astfel zis, limitează numărul de biţi ai informaţiei transmise intr-o perioadă dată de timp. Pentru aprecierea atenuării si a lăţimii benzii, precum si a elaborării ulterioare este necesar de studiat mai detaliat caracteristicile de transmisie ale fibrelor optice. În acest capitol vom studia mecanismele ce determină atenuarea și dispersia, precum și alte efecte care au loc pe parcursul propagării luminii prin fibra optica. În sistemele de comunicaţii prin fibre optice ce se utilizau cu doua decenii in urma existau mari pierderi ale semnalului in locurile de conectare ale cablurilor. Colectorii ce se utilizau la conectarea și deconectarea cablurilor optice cauzau pierderi de ordinul a 3 dB. Pentru conectoare moderne pierderile sunt reduse de zeci de ori pentru fibrele cu diametrul de 50 µm . Reţelele de arie restrânsă contemporane în care se utilizează mulţi conectoare și fibre multimod, cu diametrele miezurilor mai groase sunt destul de fiabile, pe cînd pentru fibrele monomod ce au diametrul miezului mic, pierdere la conectoare sunt mari. Cea mai optima metoda de îmbinare a cablurilor optice este utilizarea îmbinării prin topire a capetelor fibrelor. Îmbinările astfel obţinute cauzează pierderi minime ale semnalului, dar necesita echipament de decizie mai scump, insa este dificil de executat aceasta îmbinare in timpul iernii, cînd temperaturile sunt joase.

3

Atenuări suplimentare ale radiaţiei au loc la cuplajul de intrare, dintre sursa de lumina si cablul optic și cuplajul de ieşire, dintre cablul optic si detectorul fotoelectric. Pentru minimizarea lor se utilizează pigtailul, ce include sursa de radiaţie sau detectorul fotoelectric gata cuplaţi, aliniaţi deja de producător cu un segment de cablu optic. Însă costul acestor cuplaje este destul de mare, de cel puţin de doua ori mai scump decît în cazul conectării electrice.

Alt dezavantaj este datorita faptului ca

fibrele nu pot fi curbate mai mult decît raza critica. Aceasta are loc deoarece lumina in fibra optica se deplasează pe o traiectorie strict prin centrul ei, datorita reflexiei de la interfaţa miez si cămaşa care au diferiţi indici de refracţie. Diferenţa dintre aceşti indici de refracţie și determina raza permisa de curbură a fibrei. Exista patru cauze principale de pierderi în fibrele optice: absorbţia in material; împrăştierea in material; neregularităţi la interfaţa miez / înveliş; curbura. 1.2.

ATENUAREA

Atenuarea - este fenomenul prin care semnalele electromagnetice îşi pierd din puterea iniţială (cu care au fost transmise în mediu) o dată cu creşterea distanţei. Acest fenomen apare din cauza faptului că mediul de transmisie absoarbe o parte din energia semnalelor. Din acest motiv se impun limitări ale distanţei pe care un semnal o poate parcurge fără a depăşi un anumit nivel de degradare. Cu cât semnalul este recepţionat la o mai mare distanţă față de sursă, cu atât posibilitatea de a fi decodificat corect este mai mică din cauza atenuării şi a interferenţelor. Atenuarea semnalului este un factor foarte important în procesul proiectării sistemului de comunicaţii prin fibre optice, precum şi a oricăror altor sisteme de comunicaţii. Deoarece receptoarele necesită ca puterea de intrare a lor să fie mai mare decât un anumit nivel minim, atunci pierderile de transmisie determină distanţa maximă de transmisie până la care este necesară restaurarea semnalului. Comunicaţiile prin fibre optice au început să devină mai atractive de când aceste pierderi ale fibrei au fost reduse mai jos decât ale conductorilor metalici. Principalele puncte ale sistemului de comunicaţii prin fibre optice unde au loc pierderile de semnal sunt conectorii, cuploarele de intrare, îmbinările, precum şi în înseşi fibra optică. Atenuarea constă în micşorarea puterii impulsului, care are loc datorită absorbţiei luminii în fibra optică. Menţionăm că doar impurităţile din sticlă 4

absorb lumina, iar însăşi sticla nu absoarbe lumina la lungimea de undă de operare. Pe când variaţiile în uniformitatea sticlei cauzează doar împrăştierea luminii, care de asemenea este dependentă de lungimea de undă a luminii. În fibrele optice moderne majoritatea pierderilor au loc doar datorită împrăştierii luminii în interiorul fibrei. Atenuarea semnalului în interiorul fibrei optice se exprimă de obicei în decibeli (dB). Este un termen general folosit pentru a descrie scăderea puterii optice între două puncte, la o lungime de undă dată. Deci atenuarea AT poate fi exprimată prin relaţia (1). Unde Pi este puterea optică de intrare (transmisă) prin fibră, iar Pie este puterea optică la ieşirea fibrei (recepţionată). Fiecare tip de fibră optică este caracterizat de un coeficient de atenuare în decibeli pe o unitate de lungime a fibrei optice (de exemplu dB/km), măsurat la o anumită lungime de undă a luminii incidente. În domeniul comunicaţiilor prin fibre optice se foloseşte frecvent expresia: (1) unde (AT)as este atenuarea semnalului în decibeli pe o unitate de lungime, iar L este lungimea fibrei optice. Atenuarea semnalelor optice depinde, în primul rând, de proprietăţile proprii ale fibrelor optice, iar în al doilea rînd, de procesele fizice ce au loc la transmiterea luminii. Conform datelor experimentale reprezentate în figura 1. pierderile în fibra din plastic ating valori de 120 ÷ 160 dB/km în diapazonul lungimii de undă de 0,5 ÷ 0,7 µm, în fibra multimod aceste pierderi ating valorile de 1 ÷ 8 dB/km în diapazonul 0,75 ÷ 1,2 µm, iar în fibra monomod pierderile sunt minime: 0,1 ÷ 1,2 dB/km în diapazonul 0,85 ÷ 1,75 µm.

5

Fig. 1. Pierderi de semnale în diferite fibre optice. Realizările reale: 1 - cu fibre din plastic; 2- multimod; 3 - cu laser stimulat; 4 - telecomunicaţii; 5 - cu laser stimulat; 6 - telecomunicaţii; 7 - monitor cu fibre optice. Pentru înţelegerea problemelor ce ţin de proiectarea şi fabricarea fibrelor optice cu pierderi joase în domeniul lungimilor de undă de la 0,5 µm până la 1,6 µm, vom studia mecanismele pierderilor în interiorul lor. Atenuarea semnalului în interiorul fibrelor are loc datorită mecanismelor ca compoziţia materialului, metodelor de purificare şi de preparare, precum şi structura ghidului de undă. Pentru fibrele din bioxid de siliciu mecanismele responsabile de atenuarea semnalului la frecvenţe joase sunt: -

absorbţia fundamentală de material a sticlei;

-

pierderile de tip Rayleigh;

-

pierderile datorită impurităţilor;

-

pierderile de curbură ale fibrei.

Pentru atenuarea semnalului la frecvenţe înalte mecanismele responsabile sunt: -

dispersia modală

-

dispersia spectrală.

6

1.3.

PIERDERILE DE ABSORBŢIE DE MATERIAL

Pierderile de absorbţie de material constau în disiparea unei părţi a puterii optice a semnalului transmis prin fibra optică. Aceste pierderi au loc datorită compoziţiei materialului, proceselor de reducere și po fi. - intrinseci și - extrinseci. Absorbţia intrinsecă este cauzată în silica de către rezonanţă. Absorbţia este mai mică decât 0,03 db/km în regiunea lungimilor de undă 1,3 µm şi 1,6 µm. Absorbţia extrinsecă în fibrele din silica este cauzată de astfel de impurităţi ca Cu, Ni, Fe, Mn, Cr etc, în regiunea lungimilor de undă 0,65 µm ÷ 1,6 µm însă în fibrele moderne principala cauză a absorbţiei extrinsecă o constituie ionii OH. Din aceste considerente vom începe cu caracteristicile principalelor materiale din care se produc fibrele optice. 1.3.1

Caracteristicile sticlelor

La topirea şi răcirea ulterioară a câtorva compuşi solizi ai siliciului nu are loc o anumită trecere de la starea lichidă la cea solidă la o temperatură dată. La răcirea acestor materiale ele pur şi simplu devin mai vâscoase şi nici odată nu trec printr-o frontieră de trecere la starea solidă. Aceste materiale numite "sticle", au moleculele dezorientate şi distribuite haotic. Sticla pentru ferestre este confecţionată dintr-un amestec de carbonat de calciu bioxid de siliciu şi carbonat de sodiu. După topire se formează o mixtură de silicaţi de calciu şi sodiu, însă fibrele optice nu sunt confecţionate din sticlă pentru ferestre dar cel mai des din silicat topit pur (SiO2). Bioxidul de siliciu pur are o structură amorfă şi este anizotrop, se trage în fire din stare lichidă la temperaturi înalte. Răcirea rapidă a materialului topit duce la formarea unei sticle stabile şi omogene, în pofida tranziţiei printr-un domeniu termic în care este posibilă apariţia cu totul nedorită a cristalelor. Acest material are o absorbţie foarte mică a luminii în benzile lungimilor de unde utilizate în comunicaţiile prin fibre optice. 7

Pentru confecţionarea fibrei este necesar ca indicii de refracţie ai cămăşii şi ai miezului să fie diferiţi, ceea ce se efectuează prin mixarea cu alte materiale. Sticla permite mixarea cu alte materiale în aproape orice proporţii şi concentraţii. Înseşi aceşti dopanţi, pe lângă schimbarea indicelui de refracţie, pot contribui şi la schimbarea coeficientului dilatării termice. Dacă miezul şi cămaşa vor avea coeficienţii dilatării termice mult diferiţi atunci pot apărea fisuri. De aceea, cu scopul majorării indicelui de refracţie, în fibrele optice se foloseşte amestecul bioxidului de siliciu şi bioxidului de germaniu în proporţie de la 4 % până la 10 %, pe când utilizarea oxidului de bor B2O3 conduce spre micşorarea indicelui de refracţie. Alţi dopanţi utilizaţi pe scară largă pentru majorarea indicelui de refracţie sunt oxizii AI2O3, P2O5, TiO2, precum şi un şir de alte materiale . 1.3.2.

Absorbţia intrinsecă

Sticla pură absoarbe intens lumina în limitele unor regiuni specifice ale lungimii de undă. Această proprietate a sticlei se numeşte absorbţie intrinsecă. Ea are două mecanisme majore de absorbţie la lungimile de unde optice, care lasă o fereastră de absorbţie intrinsecă joasă în diapazonul lungimilor de unde de la 0,8 µm până la 1,7 μm. Absorbţia intrinsecă este foarte mare în regiunea ultravioletă a lungimilor scurte de undă a spectrului electromagnetic. Aceasta are loc datorită stimulării tranziţiei electronilor în limitele sticlei, datorită excitărilor cu energii înalte. În figura 2 este prezentată schematic atenuarea optică faţă de lungimea de undă caracteristică sticlei pure .

Fig.2.Spectrul atenuării pentru mecanismele pierderilor intreseci în sticlă din bioxid de siliciu.

8

Deoarece valoarea maximă a absorbţiei în ultraviolet, probabil, se extinde în regiunea vizibilă, de aceea se consideră că contribuţia acestor pierderi este foarte mică în punctul dat al regiunii unde operează sistemele de comunicaţii prin fibre optice. Un alt tip al absorbţiei intrinseci are loc în regiunea infraroşu. Însă picurile sunt între 7 μm şi 12 μm, adică sunt departe de regiunea de interes. Pierderile în infraroşu sunt asociate cu vibraţiile legăturilor chimice, astfel ca Si-O. Energia termică face ca atomii să se mişte constant, astfel legătura Si-O se contractă şi se extinde continuu. Această vibraţie are o frecvenţă de rezonanţă în diapazonul infraroşu. Mecanismul dat al pierderilor în infraroşu de asemenea contribuie puţin în diapazonul de interes al lungimilor de undă . Se poate trage concluzia că pierderile intrinseci nu sunt importante în regiunea lungimilor de undă în care operează sistemele de comunicaţii prin fibre optice. Însă aceste pierderi îngreunează extinderea sistemelor cu fibre spre regiunea ultravioletă, adică spre lungimi de unda mai mici. Totuşi efectele acestor procese de absorbţie intrinsecă pot fi minimizate prin alegerea convenabilă a compoziţiilor miezului şi învelişului optic. 1.3.3.

Absorbţia extrinsecă

Absorbţia extrinsecă în fibrele optice practice, este cauzată de către impurităţi ce constituie o sursă majoră a pierderilor. Adică în acest caz, se mai spune că, atenuarea semnalului este determinată de absorbţia extrinsecă. Principalele tipuri de impurităţi în fibrele optice sunt ionii OH şi ionii metalelor de tranziţie. Impurităţile metalice, astfel ca Fe, Cr, Ni, Cu, Co, V, Mn, cauzează absorbţii intensive în regiunea lungimilor de undă utilizate în comunicaţiile prin fibre optice. Din această cauză concentraţiile acestor impurităţi nu trebuie să întreacă nivelul chiar al unei părţi din 10 pentru a menţine pierderile sub valoarea dorită .

In prezent metodele de purificare a

bioxidului de siliciu au fost îmbunătăţite până la nivelul când impurităţile nu mai prezintă dificultăţi. 9

Mecanismul pierderilor în metale este determinat de învelişurile electronice exterioare, care sunt incomplete. Absorbţia luminii cauzează trecerea electronilor de pe un nivel electronic mai jos pe altul mai înalt. Valorile acestor energii de tranziţie corespund fotonilor a căror frecvenţe sunt în regiunea comunicaţiilor optice. Practic este necesar de minimizat principalul tip de impuritate -ionul hidroxil OH, care este cauzat de prezenţa apei. Este extrem de dificil de a elimina apa din fibra optică pe parcursul fabricării. Mecanismul pierderilor cauzat de ionii OH are la bază vibraţiile de extindere. Atomii de oxigen şi hidrogen vibrează datorită mişcării termice, având frecvenţa de rezonanţă de 2,73 μm. Cu toate că picul acestei absorbții este în afara benzii utilizate în comunicațiile optice, au loc benzi de combinație a acestor rezonanțe la lungimile de undă din diapazonul de la 0,9 μm până la 1,4 μm. Picurile absorbţiei OH pot fi observate în spectrul atenuării reprezentat în figura 2 . Vârful de absorbţie reprezentat în figura 3. este la aproximativ 1,4 μm şi este extins datorită prezenţei ionilor OH. De menţionat că acest vârf este mai înalt decât cel reprezentat, fiind de până la 4 dB/km. Pentru atingerea unor rezultate este necesar ca impuritatea OH să aibă concentraţii mai mici de câteva părţi la 10 6 părţi, în interiorul regiunii cu pierderi intrinseci joase, doar absorbţia ionilor OH dictează care lungimi de undă trebuie ocolite pentru propagarea eficientă a semnalului . Defectele atomare contribuie de asemenea, la absorbţia fibrei optice. Aceste defecte pot fi cauzate de iradiaţia sticlei cu electroni, cu raze X, raze gama, datorită faptului reducerii ionilor impurităţilor existente. Deci fibrele de bioxid de siliciu de puritate înaltă sunt mult mai rezistente la absorbţia pe defectele de radiaţie decât fibrele de sticlă mai puţin pură sau din plastic. Pierderile cauzate de radiaţie sunt mai evidente în jurul a 0,8 μm decât la lungimi mai mari.

10

Fig. 3.Spectrul schematic al atenuării fibrei optice. Curba reprezentată prin linie continuă reprezintă pierderile totale ale fibrei monomod moderne din sticlă care conţine câteva procente de GeO2 în miez, iar curba întreruptă de sus reprezintă fibra multimod modernă cu indicele gradat. Aceste pierderi descresc până aproape de 1,3 μm, ca apoi să crească după 1,55 μm. Pierderile în fibrele cu conţinut mare de bioxid de siliciu sunt de 2,5 dB/km pe kilorad al dozei de radiaţie. Ca rezultat al celor expuse, se poate de separat diapazonul lungimilor de unde utilizate în comunicaţiile prin fibre optice în trei regiuni: - banda lungimilor de unde scurte; - banda lungimilor de unde medii - banda lungimilor de unde lungi. În figura .4 sunt reprezentate schematic aceste benzi. Banda lungimilor de unde scurte se află la aproximativ 0,8 - 0,9 μm. Această bandă a fost utilizată pe scară largă în anii 1970 - 1980, datorită utilizării surselor optice şi a detectorilor ieftini, precum şi a atenuării joase . Banda medie a lungimilor de unde se află în apropierea a 1,31 μm, care a început să fie utilizată prin 1985. În zilele noastre această regiune este atractivă datorită dispersiei zero a fibrei monomod. Atenuarea este sub valoarea de 0,4 dB/km. Majoritatea sistemelor moderne de comunicaţii magistrale funcţionează în această bandă. AT,

11

Fig.4. Reprezentarea schematică a benzilor de transmitere a fibrelor moderne, utilizate în comunicaţiile prin fibre optice. Curbele reprezentate prin linii întrerupte de

sus prezintă

caracteristicile de absorbţie ale fibrelor anilor 1970. Banda cu cea mai joasă atenuare a fibrelor optice disponibile se află de la 1,51 μm pînă la 1,6 μm. Cu toate că sursele şi detectorii optici sunt scumpi la aceste lungimi de unde, totuşi sunt disponibile amplificatoarele optice. Este necesar de menţionat că fibrele standard dispersează semnalul în această bandă a lungimilor de undă . 1.4.

PIERDERILE LA ÎMPRAŞTIERE

Pierderile fibrei optice depind de lungimea de undă de operare şi sunt un alt factor ce limitează performanţele sistemului de comunicaţii. Pierderile la împrăştiere sunt determinate de două mecanisme: linear şi nelinear. În cazul împrăştierii lineare are loc transferul linear al unei părţi sau a întregii puteri optice ce se conţine într-un mod de propagare unui alt mod. Acest transfer poate rezulta în atenuarea semnalului, deoarece puterea optică poate fi transmisă unui mod care nu-şi va continua propagarea în interiorul miezului, ci va fi iradiat din fibră. La rândul său, împrăştierea lineară poate fi divizată în două tipuri: împrăştierea Rayleigh şi împrăştierea Mie, care rezultă din proprietăţile fizice neideale ale fibrei optice.

12

1.4.1.

Împrăştierea lineară Rayleigh

Împrăştierea Rayleigh prezintă mecanismul fundamental al pierderilor şi determină pierderile intrinseci în banda lungimilor de undă cu absorbţie joasă. Cauza principală a apariţiei sunt fluctuaţiile densităţii şi neomogenităţile spontane ce au loc la scară microscopică. Fluctuaţiile densităţii şi compoziţiei ce sunt fixate în reţeaua sticlei în procesul de răcire conduc la fluctuaţii haotice ale valorii indicelui de refracţie la o scară mai mică comparativ cu lungimea de undă a luminii. Să descriem acest proces. Moleculele se mişcă haotic prin sticla în stare topită în procesul fabricării. Căldura aplicată asigură energia mişcării lor. Pe măsura răcirii lichidului, mişcarea moleculelor încetineşte. În momentul atingerii stării solide, moleculele haotice sunt îngheţate în interiorul sticlei, cauzând astfel variaţii ale densităţii, adică şi ale indicelui de refracţie a sticlei. Mărimile acestor neomogenităţi sunt evident mult mai mici decât lungimea de undă optică de operare. Raza de lumină ce va trece prin astfel de structură, va suferi împrăştierea unei părţi a energiei sale pe aceste obiecte, după cum este ilustrat în figura 5.

Fig. 5. Reprezentarea schematică a împrăştierii Rayleigh, Împrăştierii Rayleigh, arată atenuarea fluxului incident de fotoni datorită variaţiilor indicelui de refracţie.Aceste variaţii ale compoziţiei pot fi reduse prin perfecţionarea procesului tehnologic, pe când fluctuaţiile indicelui cauzate de îngheţarea neomogenităţilor densităţii sunt fundamentale şi nu pot fi evitate. Împrăştierea datorită fluctuaţiilor densităţii, care au loc în toate direcţiile produc o atenuare proporţională

C * 4

, unde C ia valori în diapazonul

0,7 -

0,9 (dB/km) μm şi depinde de materialele ce constituie miezul fibrei.

13

O altă cauză a pierderilor de împrăştiere sunt fluctuaţiile concentraţiei a mai multor oxizi constituenţi ai materialului fibrei. Din cele menţionate, este evidentă restricţia utilizării fibrelor la lungimi de unde scurte. La lungimi de unde mai mici decât 0,8 μm pierderile cauzate de efectele menţionate limitează propagarea la distanţe lungi. Pe de altă parte, odată cu majorarea lungimii de undă (de exemplu mai mari de 3 μm) are loc micşorarea pierderilor de împrăştiere până la valori sub 0,01 dB/km. Acest efect stimulează funcţionarea la lungimi de undă mai mari decât 0,8 μm. Atenuarea presupusă cauzată de împrăştierea Rayleigh faţă de lungimea de undă este prezentată prin linie întreruptă cu punct în figurile 2 şi 3.

1.4.2.

Împrăştierea lineară Miez

Împrăştierea lineară poate avea loc şi pe neomogenităţile comparabile după dimensiuni cu lungimea de undă a luminii difuzate. Acestea pot fi cauzate de diferenţele indicilor de refracţie miez-cămaşă de-a lungul fibrei optice, precum şi fluctuaţii ale diametrului, neregularităţi la interfaţa miez-cămaşă, bule şi tensiuni. Când dimensiunile acestora sunt mai mari decât λ/10, atunci împrăştierea poate atinge valori foarte mari şi are loc mai mult în direcţia propagării. Procesele fizice de acest tip de împrăştiere se numeşte împrăştierea Mie care poate cauza pierderi importante în dependenţă de materialul fibrei optice şi de procesul de producţie . Pentru a reduce neomogenităţile descrise mai sus este necesar de a -perfecţiona continuu procesul de fabricare; -controla cu precizie procesul de acoperire a fibrei optice; -mări ghidarea fibrei prin majorarea diferenţei relative a indicilor de refracţie. De exemplu, în fibrele optice moderne variaţiile diametrului razei miezului poate fi menţinut în limitele a 1 %, respectiv pierderile datorită acestor împrăştieri vor fi de ordinul a 0,03 dB/km. 14

Pe lângă efectele lineare descrise mai sus, au loc şi câteva efecte nelineare în fibra optică, care provoacă în cazul împrăştierii o atenuare neproporţională. Aceste efecte ne lineare au loc, de obicei, la nivelele înalte ale puterii optice. În urma acestei împrăştieri nelineare are loc transferul puterii optice de la un mod sau în direcţie directă ori inversă, în limitele aceluiaşi mod sau la alte moduri, la diferite frecvenţe. Principalele tipuri de împrăştiere nelineară sunt împrăştierile stimulate Brillouin şi Raman, care se observă la densităţi înalte ale puterii optice în fibrele monomod lungi. De fapt, aceste mecanisme dau o amplificare optică, însă cu o deplasare a frecvenţei, contribuind astfel la atenuarea luminii transmise la lungimea de undă dată.

1.5.

PIERDERILE DE CURBURĂ ÎN FIBRELE OPTICE

Curbarea fibrei optice cauzează pierderi de radiaţie. Curbările pot fi microscopice sau macroscopice. Cele macroscopice au loc când fibra este bobinată sau întâlneşte colţuri în traiectoria sa. În acest caz, în procesul propagării semnalului energia din câmpul temporar întrece viteza luminii în cămaşă şi deci are loc inhibarea mecanismului de ghidare. Ca urmare, energia luminii va fi iradiată din fibra optică, după cum este reprezentat în figura 6.

Fig. 6. Reprezentarea pierderilor de curbură ale fibrei optice. Partea modului

ce se mişcă în afara săgeţii întrerupte trebuie să se mişte mai

repede decât viteza luminii în cămaşă, pentru a menţine frontul undei plane. Aceasta fiind imposibil, raza este iradiată. De-a lungul fibrei există un front al fazei care se mişcă perpendicular pe direcţia propagării. Acest front al undei trebuie să fie în fază cu sine înseşi pe diametrul 15

câmpului, iar când frontul fazei se mişcă prin curbură, atunci lumina la raza interioară trebuie să se mişte mai încet decât la cea exterioară. Adică la capătul exterior al miezului lumina trebuie să întâmpine un indice de refracţie mai mic decât în fibra dreaptă. Când curbura este destul de mare, atunci indicele aparent de refracţie la capătul miezului se va micşora pentru a deveni egal cu indicele de refracţie al miezului; astfel, unda nu se va mai propaga prin fibră, ci va fi emanată în afară. Modurile de ordin înalt (care traversează mai aproape de unghiul critic) sunt mai susceptibile la aceste pierderi . Pierderile mari de curbură ale fibrei optice pot avea loc la raza critică de curbură Rc care poate fi determinată cu ajutorul expresiei:

Rc 

  n12



  n1  n2 2



2 3

(2).

Conform ecuaţiei (2) pierderile de curbură pot fi reduse prin: - funcţionarea la lungimi de undă cât mai mici posibil; - proiectarea fibrelor cu diferenţa relativă a indicilor de refracţie cît mai mare. Ca un exemplu practic fibrele cu diametrul de 125 μm pot fi curbate sub raza de curbură de 25 mm cu pierderi mici, iar fracturarea fibrei are loc sub raze mai mici de 10 mm. Deci fibrele din sticlă sunt foarte flexibile, permiţând instalarea lor în locurile unde sunt necesare multiple curbări. Cel de-al doilea tip de curbări, adică microscopice, au loc când fibra este cablată. Tensiunile la care este supusă fibra pe parcursul procesului de cablare cauzează microcurburi axiale mici, care apar haotic de-a lungul fibrei optice. Aceste microcurburi cuplează lumina dintre diferite moduri ghidate în fibră, cauzând cuplarea în exteriorul fibrei unei părţi a luminii transmise.

16

1.6.

DISPERSIA IMPULSULUI ŞI VITEZA DE TRANSMISIE A

INFORMAŢIEI PRIN FIBRA OPTICĂ Legăturile prin fibre optice sunt limitate în lungime de către atenuarea şi dispersia impulsului optic. Dispersia semnalului optic transmis cauzează împrăştiere pentru transmisiile analogice şi digitale prin fibre optice. Când semnalul ajuns la receptor este foarte slab pentru detectarea clară, atunci atenuarea devine o problemă majoră, iar sistemul va fi limitat de nivelul puterii. În legăturile în care puterea optică este suficientă, dar forma semnalului este distorsionată, sistemul este limitat de lăţimea benzii. În acest caz, reconstrucţia mesajului transmis este dificilă. Adică, dispersia este fenomenul care determină limitarea benzii de trecere a unei fibre sau cablu optic, datorită măririi duratei unui impuls de radiaţie la ieşirea din fibră. Dispersia mai produce şi o împrăştiere a impulsurilor de intrare în fibra optică.

Fig. 7. Reprezentarea împrăştierii impulsurilor digitale 1101 de lumină când sunt transmise prin a) fibră scurtă L1 şi b) fibră lungă L2>L1. La considerarea sistemelor de comunicaţii digitale prin fibre optice, mecanismele dispersiei cauzează împrăştierea impulsurilor de lumină transmisă care se traversează de-a lungul canalului. In figura 7 este prezentat acest fenomen ce cauzează împrăştierea şi suprapunerea impulsurilor vecine, care nu pot fi eventual recunoscute la receptor. Acest efect, cunoscut ca interferenţa dintre simboluri, de asemenea majorează numărul de erori ale canalului optic digital, rata erorilor fiind dependentă de atenuarea semnalului . Pentru ca impulsurile de lumină să nu se suprapună, este 17

necesar ca viteza de transmisie a informaţiei în biţi B să fie mai mică decât duratele impulsurilor împrăştiate (2 ): datorită dispersiei canalului



2T Aceasta înseamnă că împrăştierea impulsului =  T dictează o durată a impulsului de intrare de

asemenea  T. Viteza de transmisie a informaţiei în biţi către lăţimea benzii de trecere în hertzi depinde de formatul de codare utilizat. În cazul formatului ne-reîntoarcerii la zero NRZ sunt două perioade a biţilor în o lungime de undă. În figura 8 sunt prezentate trei structuri ale fibrei optice monomod cu indice treaptă de refracţie (a), multimod cu indice treaptă de refracţie (b) şi multimod cu indice gradat de refracţie (c), precum şi reprezentarea schematică a împrăştierilor respective ale pulsurilor asociate cu fiecare fibră.

Fig. 8. Diagrama schematică a: (a) fibrei monomod cu indicele treaptă de refracţie, (b) fibrei multimod cu indicele treaptă de refracţie, (c) fibrei multimod cu indicele gradat de refracţie. Sunt reprezentate şi împrăştierile impulsului datorită dispersiei în fiecare fibră. Se poate de observat că cea mai mică dispersie a impulsului de lumină are loc în fibrele monomod cu indicele treaptă de refracţie. 18

Pe când cea mai mare are loc în fibrele multimod cu indicele treaptă de refracţie, iar fibrele cu indicele gradat au performanţe îmbunătăţite. Cantitatea împrăştierii impulsurilor depinde evident de distanţa parcursă prin fibră până la următorul repetor şi se măsoară în ns/km. Pentru aprecierea diferenţei între cantităţile împrăştierii în diferite tipuri de fibre trebuie de cercetat mecanismele dispersiei care constau din trei componente principale: -

dispersia ghidului de unde;

-

dispersia de material

-

dispersia modală.

Primele două componente formează dispersia intramodală, apărând în fibrele monomod şi multimod datorită dependenţei dintre lungimea de undă a radiaţiei incidente şi viteza de propagare a fiecărui mod. Dispersia modală apare numai în fibrele multimod, fiind o consecinţă a diferenţei dintre vitezele de grup ale diverselor moduri de propagare a luminii. 1.6.1.

Dispersia intramodală

Datorită faptului că sursele optice utilizate în comunicaţiile prin fibre optice nu emit doar o frecvenţă, ci o bandă de frecvenţe (pentru laser este de o fracţiune de procent de la frecvenţa centrală, iar pentru diodele electroluminescente este de un procentaj mai important), atunci pot avea loc diverse reţineri în propagarea diferitelor componente spectrale ale semnalului transmis. Aceasta cauzează împrăşticrea fiecărui mod şi deci dispersie cromatică sau intramodală. Însă şi proprietăţile dispersive ale materialului fibrei, precum şi efectele de ghidare din structura fibrei, de asemenea pot cauza diferenţe de reţinere în propagare. Dispersia materialului poate fi explicată şi cu ajutorul figuri 8. Este cunoscut că viteza de propagare a luminii în ghidul de undă se micşorează în dependenţă de indicele de refracţie . Iar indicele de refracţie este dependent de lungimea de undă după cum este reprezentat în Figura 9. Dacă impulsul de lumină de la sursa optică are lăţimea spectrală   2  1 atunci indicii de refracţie corespunzători sunt respectiv, n 2 şi n1 . In cazul dispersiei în material al modului de propagare, vitezele puterilor optice la lungimile de unde 1 şi 19

 2 sunt respectiv, c / n1 şi c / n2 . Adică puterea optică a lungimii  2 va ajunge la ieşire

mai repede decât cea cu 1 cauzând împrăştierea lăţimii impulsului datorită dispersiei materialului. Trebuie de menţionat că toate semnalele optice constau dintr-un diapazon de lungimi de unde. Impusurile utilizate în comunicaţiile optice sunt de la circa 0,2 nm până la 5 nm lăţime în sistemele cu fibre monomod. Iar dispersia ghidului de unde rezultă din variaţia vitezei de grup cu lungimea de undă pentru un mod particular ce se propagă prin fibra optică. Viteza de grup, de asemenea, variază şi în dependenţă de construcţia fibrei, adică de profilul indicilor de refracţie, diferenţa relativă a indicilor de refracţie  , etc. Această extindere a pulsului optic cauzată de spectrul sursei optice, precum şi de construcţia fibrei se numeşte dispersia ghidului de unde. Profilul fibrei optice are un efect mare asupra vitezei de grup, deoarece câmpurile electric şi magnetic constituente ale impulsului optic se extind şi în cămaşa fibrei. Cu cât este mai mare lungimea de undă cu atât mai mult se extinde câmpul electromagnetic al undei în direcţia cămăşii. Deci o mare parte a undei la lungimi scurte de unde se află în interiorul miezului cu indicele de refracţie mai mare. Aceste unde mai scurte vor traversa mai încet decât cele mai lungi, cauzând dispersia semnalului.

Fig.9.a) Indicele de refracție a bioxidului de siliciu dopat și pur.

b) Banda spectrală a sursei optice.

20

Aceste două tipuri de dispersie intramodală tind spre a se anula reciproc, iar caracteristicile de dispersie sunt reprezentate în figura 10 pentru o fibră monomod standard de tipul G.652, care are dimensiunile 10/125 μm şi care are dispersia în banda 1,3 μm mai mică de 3,5 ps * nm 1 * km1

Fig.10. Dispersia unei fibre monomod standard. Aceste două tipuri de dispersie se anulează reciproc la 1,31 μm, astfel semnal evitând dispersia minimă. In regiunea I (normală) lungimile lungi de unde parcurg cu viteze mai mari decât undele scurte, pe când în regiunea II (anormală) undele scurte parcurg cu viteze mai mari decât cele lungi. Deci cu cât este mai largă banda spectrală, cu atât va fi mai mare dispersia semnalului. Pentru un singur mod al cărui constantă de propagare este 

fibra

prezintă dispersie a ghidului de unde când d 2  / d2   0 . Spre deosebire de fibrele multimod, în care majoritatea modurilor se propagă departe de blocare, ce sunt libere de dispersia ghidului de unde.

21

1.6.2.

Dispersia intermodală

Dispersia intermodală sau modală este prezentă în fibrele multimod. Cauza împrăştierii impulsului optic, ce se transmite prin fibra optică, o constituie reţinerile cu diferite durate în propagarea modurilor, lăţimea lui depinde de vitezele de grup diferite ale modurilor. Cea mai mare dispersie modală are loc în fibrele multimod cu indicele treaptă de refracţie, dar ea poate fi redusă prin utilizarea profilului aproape parabolic al indicelui de refracţie (în fibrele cu indicele gradat de refracţie). Adică fibrele cu indicele gradat de refracţie dau un avantaj mare al lăţimii benzii faţă de fibrele multimod cu indicele treaptă de refracţie. În fibrele monomod, datorită propagării doar a unui mod, nu are loc dispersia intermodală. Deci şi împrăştierea mai mică a impulsurilor optice va oferi posibilitatea unei lăţimi mai mari a benzii. 1.6.3.

Fibrele multimod cu indice treaptă de refracţie

Pentru compararea dispersiei intermodale ale fibrelor multimod cu indicele treaptă de refracţie şi fibrele cu indicele gradat de refracţie vom folosi modelul teoriei razei pentru fiecare caz . În figura11

sunt prezentate traiectoriile razei axiale şi razei

meridionale extreme, care reprezintă modurile cele mai rapid şi mai încet de propagare în fibra multimod cu indice treaptă de refracţie. Deşi aceste raze sunt coincidente la intrarea în fibră şi au aceleaşi viteze de propagare în interiorul miezului fibrei, ele vor dispersa în timp la capătul de ieşire al fibrei optice. Impulsul scurt va fi împrăştiat mult datorită diferitelor lungimi ale traiectoriilor lor (1 şi 2).

Fig.11.. Traiectoriile razei axiale şi a razei meridionale extreme în fibra multimod cu indice treaptă de refracţie. Calcularea timpilor diferiţi de reţinere în propagarea razelor axială şi meridională (1 şi 2) ilustrate în figura 11 permite determinarea împrăştierii impulsului datorită dispersiei modale. Deoarece viteza luminii prin miezul fibrei optice cu indicele n1 este 22

cln1, timpul necesar razei axiale 1 (Өa=0) pentru parcurgerea unei distanţe L egală cu lungimea fibrei optice, poate fi determinat ca: (3) unde c este viteza luminii în vid. Respectiv, timpul de propagare al razei meridionale extreme 2 este maximal, deoarece traiectoria este cea mai lunga sub unghiul Ө faţă de axa miezului. Lungimea traiectoriei celei mai lungi este LlsinӨc, deci timpul de propagare va fi :

(4)

Utilizând legea Snell a refracţiei la interfaţa miez-cămaşă pentru unghiul critic conform ecuaţiei (5) unde n2 este indicele de refracţie al cămăşii. Substituind ecuaţia (4) în (5), obţinem (6) Timpul de reţinere ∆T între razele meridională extremă şi cea axială se obţine din scăderea ecuaţiei (3) din ecuaţia (6), adică (7) Pentru fibrele cu diferenţa relativă a indicilor de refracţie ∆«l este valabilă expresia (8) Conform expresiei (8), împrăştierea impulsului este direct proporţională cu diferenţa relativă a indicelui de refracţie ∆, precum şi lungimii fibrei L. Pentru micşorarea împrăştierii pulsului trebuie de redus valoarea lui ∆ a fibrei optice, însă aceasta, totodată, reduce unghiul de acceptanţă Өa, respectiv, şi apertura numerică AN şi condiţiile de captare a luminii. Reducerea dispersiei intermodale poate fi îndeplinită şi prin reducerea mecanismelor ei din interiorul fibrei optice. Un mecanism de reducere a împrăştierii intermodale a impulsului optic în fibra multimod practică este cuplarea modurilor. Ca 23

rezultat al acestei mixări dintre modurile ghidate are loc transferul puterii optice de la modurile de ordin înalt, care sânt mai încete, la modurile de ordin jos care sunt mai rapizi şi invers. Deci, puterea optică tinde spre a fi transmisă cu o viteză medie, ceea ce va reduce dispersia intermodală în legătura optică. Alt mecanism este bazat pe diferitele atenuări ale modurilor în fibra cu indicele treaptă de refracţie. Modurile de ordin înalt ale căror câmp electromagnetic penetrează mai mult cămaşa fibrei, suferă mai mari pierderi pe orice iregularităţi la interfaţa miezcămaşă. Aceste moduri au tendinţa de aşi concentra puterea optică transmisă în modurile de ordin jos, care au viteză mai mare. Ca rezultat, atenuarea diferită a modurilor reduce împrăştierea modală a impulsurilor în legăturile prin fibre optice multimod. Cea mai bună metodă de reducere a dispersiei modale în fibrele multimod este gradarea indicelui de refracţie. Fibrele optice cu indicele gradat au efectul egalizării timpilor de transmisie a modurilor de propagare. Relaţia dintre timpul de reţinere şi capacitatea de transmisie a informaţiei prin fibra optică, măsurată prin viteza de transmisie a informaţiei în biţi B, depinde de multe detalii. De exemplu, depinde de forma impulsului care are perioada bitului TB =1/B. Este evident că ∆T trebuie să fie mai mic decât TB, astfel ∆T < 1/B. Utilizând ecuaţia (8), putem obţi (9) Condiţia dată asigură determinarea aproximativă a limitării de bază pentru fibrele multimod cu indicele treaptă de refracţie la care r»𝜆. Din ecuaţia (9) este evident că produsul BL este cu atât mai mare, cu cât diferenţa relativă a indicilor de refracţie ∆ este mai mică. Majoritatea fibrelor utilizate în sistemele de comunicaţii optice sunt proiectate cu ∆ « 0,01.

1.6.3.

Fibrele multimod cu indice gradat de refracţie 24

Datorită utilizării profilului gradat al indicelui de refracţie în fibrele multimod are loc o reducere substanţială a împrăştierii pulsurilor optice, adică a dispersiei intermodale. Cauzele îmbunătăţirii performanţelor de bandă ale fibrelor cu indicele gradat de refracţie. Razele care parcurg traiectoriile sinusoidale mai lungi au viteze mai mari, deoarece traversează mediul miezului cu indicele de refracţie mai mic, pe când razele cu traiectorii mai scurte parcurg mediul cu indicele de refracţie mai mare, având respectiv şi viteze mai mici. Astfel, are loc o egalizare a timpilor de transmisie pentru diferite traiectorii faţă de timpul de transmisie al razei axiale. Diferenţa timpilor de reţinere a modurilor cele mai încete şi cele mai rapide în fibrele cu indicele gradat, obţinută conform teoriei razei, este exprimată prin (10) După analize mai detaliate, conform teoriei modului electromagnetic , se obţine şi lăţimea temporară absolută la ieşirea fibrei optice dependentă de ∆ ca (11) Conform ecuaţiei (11), modul cel mai rapid ajunge de

ori mai

repede decât cel mai încet, iar dispersia minimală are loc pentru

(1-∆).

Din Ecuaţiile (10) şi (11), de asemenea, se poate de tras concluzia că orice deviaţie a profilului indicelui de refracţie n(r) de la valoarea optimă va conduce spre majorarea împrăştierii modale a pulsului optic. Aceasta poate fi observat din dependenţa împrăştierii modale maximale a pulsului ∆T faţă de parametrul profilului indicelui de refracţie a, care şi determină înseşi profilul miezului fibrei. Din figura 12 se observă un minim abrupt al împrăştierii intermodale a pulsului pentru profilul aproape parabolic al indicelui de refracţie (pentru a fi puţin mai mic decât 2). Această valoare

este optimă

pentru minimizarea dispersiei intermodale.

25

Fig. 12 Împrăştierea intermodală a pulsului optic Ar pentru fibrele cu indicele gradat A=0,01 faţă de parametrul profilului indicelui de refracţie a. Scara din dreapta reprezintă produsul vitezei de transmisie a informaţiei în biţi - distanţă BL. Valorile practice ale împrăştierii ∆T pentru fibrele cu indicele gradat sunt de ordinul a 0,2 ns/km. 1.6.5.

DISPERSIA TOTALĂ A FIBREI OPTICE

După cum am menţionat şi mai sus, dispersia totală a fibrelor multimod este compusă din cea intramodală şi din cea intermodală. Dispersia intramodală constă din împrăştierea impulsului optic datorită dispersiei materialului şi a ghidului de unde. In fibrele multimod dispersia materialului este predominantă faţă de dispersia ghidului de unde. Împrăştierea pătratică medie a impulsului σtot în fibra multimod se determină conform relaţii: (12) σ1- împrăştierea intramodală, iar σ2 este dispersia intermodală. Împrăştierea pătratică medie a pulsului, datorită dispersiei în material, poate fi determinată din considerarea reţinerii de grup în fibra optică, care este reciprocă cu viteza de grup: (13) Unde σ𝜆 este lăţimea pătratică medie a sursei, L este lungimea fibrei, iar este parametrul dispersiei materialului exprimat în ps*nm-1*km-1 .

26

Împrăştierea pătratică medie a impulsului la ieşirea fibrei datorită dispersiei intermodale pentru fibra multimod cu indicele treaptă de refracţie poate fi determinată ca (14) Această împrăştiere este direct proporţională cu lungimea fibrei L şi diferenţa relativă a indicelui de refracţie ∆. Respectiv, pentru fibrele multimod cu indicele gradat de refracţie

(15) Din compararea ecuaţiilor (14) şi (15) se observă o îmbunătăţire a împrăştierii pătratice medii intermodale a impulsului în fibrele cu indicele gradat faţă de fibrele cu indicele treaptă de refracţie. Spre deosebire, în fibrele monomod, datorită propagării doar a unui singur mod, împrăştierea impulsului are loc doar datorită dispersiei intramodale, efectele dominante ale căreia sunt: - dispersia în material; - dispersia ghidului de unde; - parametrul dispersiei profilului care este proporţional cu d∆/d𝜆. Situaţia dată este diferită de cea a fibrelor multimod, unde majoritatea modurilor se propagă departe de blocare şi deci majoritatea puterii optice este transmisă prin miezul fibrei, iar componentele dispersiei pot fi separate doar în dispersia materialului şi a ghidului de unde. Pe când în fibrele monomod dispersia materialului şi dispersia ghidului de unde, de asemenea, tind spre a fi dominante, însă şi dispersia pe profil nu poate fi neglijată. În figura 10 este prezentată dispersia unei fibre monomod standard faţă de lungimea de undă. Se observă că această dependenţă trece prin punctul cu dispersia zero la lungimea de undă de 1,31µm. Punctul cu dispersia materialului zero poate fi deplasat oriunde în diapazonul de la 1,2 µm până la 1,4 µm prin adăugarea de dopanţi respectivi . De exemplu, acest punct 27

cu dispersia materialului egală cu zero poate fi deplasat de la 1,27 µm până la 1,37 µm prin variaţia concentraţiei bioxidului de germaniu de la 0 % ÷15 % . Însă, dispersia totală a fibrei, care depinde de compoziţia materialului fibrei, precum şi de dimensiunile fibrei, poate fi minimizată prin tolerarea dintre dispersia materialului şi dispersia ghidului de unde până când se limitează dispersia profilului (adică limitând variaţia indicelui de refracţie cu lungimea de undă). Punctul cu dispersia zero din figura 10, de asemenea, poate fi deplasat şi prin variaţia diametrului miezului în procesul de producţie, precum şi a profilului indicelui de refracţie al fibrei optice. După cum am menţionat mai devreme în acest capitol, fibrele au cea mai mică atenuare la lungimea de undă de 1,55 µm. Este evident că ar fi util ca ele să aibă şi cea mai mică dispersie la lungimea dată de undă. Aceasta se poate de obţinut prin modificarea ghidului de undă, încât dispersia sa, să o anuleze pe cea a materialului la lungimea de undă dorită. De exemplu, prin construirea fibrelor monomod cu o variaţie triunghiulară a indicelui de refracţie, adică a fibrelor optice cu dispersia deplasată. Dependenţa dispersiei totale a acestor fibre faţă de lungimea de undă este reprezentată în figura 3.16 , în care mai sunt prezentate şi caracteristicile fibrelor cu dispersia uniformă.

Fig. 13. Dispersia totală pentru fibrele: 1) cu dispersia deplasată; 2) cu dispersia uniformă; 3) convenţionale. 28

În aceste fibre se utilizează anularea posibilă dintre dispersia ghidului de unde şi a materialului prin dirijarea cu profilul indicelui de refracţie al fibrei. Un exemplu de atare profil W, în care miezul este înconjurat de un inel îngust al cămăşii cu indicele de refracţie mai mic decât al restului cămăşii . Astfel de fibre pot fi utilizate într-o regiune largă de la 1,33µm până la 1,6 µm, datorită dispersiei joase şi uniforme. Un fenomen foarte fin, care cauzează împrăştierea impulsului optic, are loc datorită propagării a două unde ortogonal polarizate HE11 care traversează fibra monomod în acelaşi timp. însă datorită birefringenţei aceste două unde nu au aceleaşi viteze, cauzând împrăştierea impulsului pe parcursul propagării prin fibră. Acest efect este cunoscut ca dispersia de birefringenţă sau dispersia modului polarizat.

1.7.

ZGOMOTUL MODAL

Proprietăţile dispersiei intermodale în fibrele multimod mai creează un fenomen care afectează transmisia semnalului prin canalul optic. Acest fenomen care se manifestă prin modelul petelor reprezentat în figura 14, şi se observă în fibrele multimod ca fluctuaţii ce au timpii caracteristici mai lungi decât timpul de rezoluţie a detectorului se numeşte zgomot modal sau al petelor.

29

Fig. 14. Modelul petelor care este modelul energiei cum apare la capătul fibrei optice. Modelul petelor este o hartă a modului energiei la capătul fibrei multimod (este caracteristic doar pentru laser). El apare ca un şir de suprafeţe cu energii înalte cu spaţii între ele şi care sunt distribuite aproape haotic. Când se cercetează aproape de emiţător, pata este bine definită, iar la o distanţă mai mare ea devine tot mai slabă. La capătul fibrei optice iluminarea este aproape uniformă, schimbarea dată având loc datorită dispersiei modale de-a lungul distanţei de transmisie. Modelul petelor este cauzat de interferenţa dintre moduri de la o sursă coerentă de lumină, când timpul de coerenţă al sursei este mai mare decât timpul dispersiei modale în interiorul fibrei. Aceasta este o metodă de explicare cât de îndelungat se menţine coerenţa dintre lumină în diferite moduri de propagare. Timpul de coerenţă a unei surse cu lăţimea necorelată a frecvenţei sursei ∆f este l/∆f, deci zgomotul modal va avea loc când: (16) Zgomotul modal poate fi cauzat de : - conectori; - îmbinări; - cuplarea sursei / detectorului; - discontinuităţi ale fibrei optice; - vibraţii etc. Zgomotul modal este generat când corelarea dintre două sau mai multe moduri, care dau interferenţa originală, este diferenţial reţinută de aceste încălcări. Zgomotul modal poate fi ocolit prin: -

utilizarea fibrelor cu apertura numerică mare, care suportă transmisia multor

moduri, dând o creştere a numărului de pete şi deci reducând zgomotul modal prin generarea efectului noilor pete; 30

-

înlăturarea diferitelor încălcări de-a lungul fibrei. Acest zgomot are o contribuţie mai mare în sistemele analogice de comunicaţii.

Alegerea corectă a componentelor sistemului de comunicaţii prin fibre optice previne introducerea zgomotului modal.

Concluzii: În urma efectuării lucrării date de curs, am aflat care sînt principalele forme de pierderi în fibra optică. Ne-am cunoscut cu tipuri de pierderi ca atenuarea, dispersia, pierderile de material, absorbţia şi zgomotul modal. Analizînd fiecare noţiune în parte, am determinat că dispersia este fenomenul care determină limitarea benzii de trecere a unei fibre sau cablu optic, datorită măririi duratei unui impuls de radiaţie la ieşirea din 31

fibră. Dispersia mai produce şi o împrăştiere a impulsurilor de intrare în fibra optică. Dispersia poate fi clasificată în mai multe tipuri: dispersie de material, a ghidului de unde şi modală. Soluţiile de micşorare a dispersiei este reducerea dispersiei modale în fibrele multimod este gradarea indicelui de refracţie. Atenuarea este fenomenul prin care semnalele electromagnetice îşi pierd din puterea iniţială (cu care au fost transmise în mediu) o dată cu creşterea distanţei, pierderile la împrăştiere sunt determinate de două mecanisme: linear şi nelinear şi că fluctuaţii ce au timpii caracteristici mai lungi decât timpul de rezoluţie a detectorului se numeşte zgomot modal sau al petelor.

Bibliografie [1].Sergiu Şîşîianu „COMUNICAŢII PRIN FIBRE OPTICE”

32

33