Прохождение оптических импульсов по многомодовым волоконным световодам. Исследование прохождения световых импульсов по многомодовым волоконным световодам, страница 19

С величиной межмодовой дисперсии связано понятие широкополосности волокна или удельной полосы пропускания B[МГц км]. Этот параметр может быть определен экспериментально по срезу амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на уровне 3 дБ (рис. 9). Источник излучения должен генерировать синусоидальное изменение мощности на пьедестале.

Рис. 9. Определение широкополосности.

Между величиной широкополосности и дисперсией [нс/км] существует зависимость

                                                                                                              (19)

Для градиентных многомодовых ВС широкополосность лежит в пределах 200 – 2000 МГц км.

С увеличением длины ВС Lполоса пропускания ВС уменьшается

.                                                                                                                     (20)

Для градиентных ОВ вводится понятие локальной числовой апертуры, которая показывает, что максимальный угол ввода оптического излучения в этом случае определяется тем, в какой точке сердцевины волокна находится вершина конуса, иными словами, захват волокном вводимого луча света зависит от того, в какой точке сердцевины он вводится в градиентное волокно. Для ВС с градиентным профилем показателя преломления числовая апертура зависит от расстояния rдо оси ВС

                                                            (21)

Число мод в ВС с усеченным степенным профилем может быть рассчитано по выражению:

,                                                                                                           (22)

где  - нормированная частота.

Структурная схема лабораторной установки.

Рис. 10. Структурная схема лабораторной установки и временные диаграммы ее работы.

Структурная схема лабораторной установки (рис. 10) по исследованию процессов прохождения оптических импульсов по многомодовым волоконным световодам включает:

генератор импульсов (ГИ);

·  источник излучения - полупроводниковый лазер (ИИ);

·  два направленных ответвителя (НО1 и НО2);

·  устройство временной задержки электрического импульса (УЗ);

·  фотоприемное устройство (ФПУ);

·  стробоскопический осциллограф (СО);

·  три коротких оптических поводка (ОП1, ОП2, ОП3);

·  исследуемый волоконный световод (ВС).

Работа лабораторной установки иллюстрируется временными диаграммами, которые показывают импульсы U_г на выходе ГИ, импульсы U_c, задержанные на время t_з в УЗ, пилообразное напряжение развертки U_р и напряжение U_у с выхода ФПУ. Импульсы U_г поступают на ИИ, где преобразуются в оптические импульсы мощностью P, которые в НО1 разделяются по мощности на два примерно одинаковых импульса. Один из них, мощностью Р₁, проходит через ОП1, ОП2, ОП3, НО1 и НО2, задерживается на время t₃₁ и поступает на ФПУ. Второй, мощностью Р₂,проходит через ОП1, ВС, ОП3, НО1 и НО2, задерживается на время t₃₂ и ослабленный за счет затухания в ВС также поступает на ФПУ. ФПУ преобразует оптические импульсы в электрические, которые можно наблюдать на экране СО, если электрический импульс совпадает по времени с пилообразным напряжением развертки. Момент запуска развертки определяется установленной в УЗ задержкой, которую можно изменять вручную или автоматически. В автоматическом режиме поиска выходного импульса задержка возрастает от 0 до максимального значения. Процесс останавливается при превышении сигналом определенного уровня (в данной лабораторной установке он выбран равным 2 мВ).

Лабораторная установка позволяет определять времена задержки t₃₁ и t₃₂, амплитуды U_m1 и U_m2 и длительности t₁ и t₂ входного и выходного импульсов. По измеренным величинам можно рассчитать: длину ВС L, вносимое затухание a_вс и средний коэффициент затухания a, дисперсионное уширение выходного импульса.

Анализ оптической схемы. Экспериментальное определение параметров ВС.