Модовый шум оказывает серьезное влияние, когда полупроводниковые лазеры используются вместе с многомодовым волокном. Были попытки оценить ухудшение чувствительности, вызванное модовым шумом [54], [55], добавляя модовый шум к другим источникам шумов приемника для расчета BER. Рис. 5.6 показывает результаты расчета деградации чувствительности для световой системы на волне 1,3 мкм при BER = 10-12 и при скорости передачи 140 Мб/с.
Волокно с градиентным индексом имеет сердечник диаметром 50 мкм и поддерживает (распространение) 146 мод. Деградация чувствительности зависит от селективности потерь (затухания мод) в контактных соединениях и сварках. Деградация также зависит от спектра продольных мод полупроводникового лазера. Как и ожидалось, деградация уменьшается с увеличением числа продольных мод из-за уменьшения времени когерентности излучаемого света.
Модовый шум также может возникнуть в одномодовых системах, если короткие секции вставляются между контактными соединениями или сварками при ремонте или в процессе эксплуатации [56] – [59]. Моды более высокого порядка могут возникнуть из-за неоднородности волокна. Они появляются на первой сварке и затем преобразуются обратно в основную моду на втором контактном соединении или сварке. Так как моды высокого порядка распространяются недалеко от места возникновения, проблему можно устранить, если расстояние между двумя соединениями превышает 2 м. В общем, шум моды не является серьезной проблемой для правильно сконструированных и эксплуатируемых одномодовых оптоволоконных систем связи.
С разработкой лазеров с вертикальным резонатором и поверхностным излучением (VCSEL) модовый шум опять всплыл на поверхность в 1990х годах [60] – [64]. Использование таких лазеров в оптических линиях передачи данных небольшой протяженности при использовании многомодовых волокон (даже изготовленных из пластика) вызвало значительный интерес ввиду широкой полосы VSCEL. Действительно, скорость в несколько Гб/с была продемонстрирована в лабораторных экспериментах в многомодовых волокнах с пластиковой оболочкой [65]. Однако, VSCEL – лазеры имеют большую длину когерентности, так как они генерируют одну продольную моду и показали порог относительного числа ошибочных бит BER = 10-7 (а нужно не более 10-9) даже при селективном затухании мод, равным 1 дБ [61]. Увеличения порога ошибок можно избежать (до 10 –7) в определенной степени, используя лазер VSCE с увеличенным диаметром, который создает несколько поперечных мод и, таким образом, имеет более короткую длину когерентности. Обычно используется модель компьютера для оценки наказания по мощности для оптических линий передачи данных в реальных рабочих условиях [63]. Аналитические методы, такие как метод точки – седловины [64] также обеспечивает приемлемую оценку BER.
5.4.2. Дисперсионное расширение.
(увеличение длительности оптического импульса)
Использование одномодовых волокон для оптических систем почти полностью решает проблему межмодовой дисперсии и связанного с ней модового шума. Как показано в разделе 5.2.2, дисперсия групповой скорости (GVD) все еще ограничивает произведение BL из-за расширения оптических импульсов за пределы временного интервала, отведенного каждому биту. Уравнение (5.2.2) определяет предельное значение BL и показывает, как оно зависит от ширины спектра источника sl. Расширение импульса из-за дисперсии также может уменьшить чувствительность приемника (увеличить необходимую для него мощность). В этом подразделе (5.4.2) рассматривается наказание по мощности, связанное с таким уменьшением чувствительности приемника.
Расширение импульса из-за дисперсии сказывается на характеристиках приемника двояко. Первое – часть энергии импульса выходит за пределы отведенного данному биту интервала, что приводит к межсимвольной интерференции (ISI). на практике система конструируется на минимальное воздействие ISI (см. раздел 4.3.2). Второе – энергия импульса в пределах интервала бита становится меньше при расширении импульса. Такое уменьшение энергии уменьшает SNR в схеме решения. Так SNR должно поддерживаться неизменным, чтобы сохранить параметры системы, приемнику нужна большая средняя входная мощность. Это и есть причина наказания по мощности, вызванного дисперсией dd. Точный расчет dd выполнить трудно, так как он зависит от многих условий, таких как особенность формирования (электрических импульсов) в приемнике. Грубую оценку можно получить, используя анализ раздела 2.4.2, где рассматривается расширение Гауссовских импульсов. Уравнение (2.4.16) показывает, что оптический импульс остается Гауссовским, но его пик мощности уменьшается при расширении в число раз, определяемое уравнением (2.4.17). Если считать за наказание по мощности dd необходимое увеличение (в дБ) принимаемой мощности, которая будет компенсировать уменьшение пика, то значение dd определяется как
(5.4.1)
где fв – коэффициент расширения импульса. Когда расширение импульса происходит, главным образом, благодаря широкому спектру источника в передатчике, коэффициент расширения определяется уравнением (2.4.24), то есть
(5.4.2)
где
- ширина оптического импульса на входе
волокна и 
- RMS ширины
спектра источника, принятого Гауссовским.
Уравнения
(5.4.1) и (5.4.2) можно использовать для оценки наказания по мощности в
световых системах, в которых применяются многомодовые лазеры или LED.
межсимвольная интерференция (ISI) получается минимальной, когда скорость в битах В
такова, что 
, так как при этом мало энергии
выходит за пределы интервала бита (
). Учитывая, что 
, уравнение 5.4.2 можно записать как
(5.4.3)
Решая это уравнение относительно fв и подставляя его в уравнение (6.4.1), получим для величины наказания по мощности соотношение
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.