Поляризационная модовая дисперсия ( PMD )

В высокоскоростных системах передачи (STM-16, STM-64) с безрегенерационными участками большой длины — более 600 км — ограничение по затуханию компенсируется с помощью волоконно-оптических усилителей. Остающееся ограничение по дисперсии также снимается применением компенсаторов хроматической дисперсии. При этом было обнаружено, что информационные оптические импульсы уширяются, несмотря на то что по расчетам такого уширения быть не должно. Причиной этого уширения является еще один вид дисперсии — поляризационная модовая дисперсия (PMD). По порядку величины она намного меньше хроматической дисперсии и на ее фоне незаметна. После компенсации хроматической дисперсии PMD проявляется в системах с большой скоростью передачи, особенно при скорости 10 Гбит/с и выше. Ранее отмечалось, что реальные одномодовые ОВ имеют не идеальную геометрию и оптическую изотропию, вследствие чего распространяющиеся две ортогонально поляризованные моды имеют разные постоянные распространения.При рассмотрении поляризационно-зависимых потерь (PDL) было отмечено,что мода с перпендикулярной составляющей проникает в оболочку глубже, чем мода с параллельной поляризацией, и поэтому имеет меньшую скорость распространения. Для анализа процесса возникновения поляризационной модовой дисперсии обратимся к рис. 6.13.

На рис. 6.13а схематически показано волокно с нарушенной однородностью геометрических и оптических параметров. Во входной торец волокна (начало координат) вводится оптический импульс с начальной длительностью т„ (пс). По мере распространения мода (II) начинает опережать моду (1). На рис. 6.136 схематически показано распространение моды (II), на рис. 6.13в — моды (1), на рис. 6.13г — суммарное излучение.

В каждом отмеченном положении по оси времени (она же соответствует расстояниям) первая мода опережает на отрезок времени вторую (рис. 6.136 и рис. 6.1 Зв). На рис. 6.13г можно видеть, что в позиции 2 и 3 импульс суммарного излучения расширяется на указанные отрезки +At и даже может раздваиваться, если +At > т„. Ранее отмечалось, что положение внесенной анизотропии по длине волокна и ее характер не поддаются контролю и носят статистический характер. В силу этого мода (1) на какой-то длине L, может превратиться в ^МоДУ (I I) и наоборот (точки 4, 5, 6 на рис. 6.13). Поэтому приращение временных задержек относительно начала координат может иметь как положительный , так и отрицательный знак для каждой из мод. Если взять какую-либо фик­сированную длину волокна L, то общее увеличение длительности импульса будет Равно , где Дт в соответствии с теорией вероятностей определится из выражения

(6.22)

здесь к — количество неоднородностей по длине ОВ.

В высокоскоростных системах ВОЛС длительность информационных импульсов т_и составляет десятки—сотни пикосекунд (пс), а длины участков линии без ре­генерации — сотни километров. Поэтому коэффициент поляризационной модо-вой дисперсии (PMD) в формуле (6.22) выражается в пс/Vkm или пс/км⁰'⁵. Как отмечалось выше, в таких системах передачи хроматическая дисперсия аннулируется с помощью компенсаторов и тогда основным фактором, ограничи­вающим скорость передачи, выступает PMD. В этих системах из-за влияния PMD информационные импульсы могут расшириться настолько, что могут перекрываться и интерферировать между собой. Это эквивалентно не только ограничению скорости передачи, но и потере энергии сигнала. В работе [91] приводится выражение

(6.23)

которое показывает, что, для того чтобы не допустить потери мощности порядка 1 дБ или больше в течение 30 мин за год, средняя дифференциальная временная задержка (т. е. PMD) между фиксированными временными положениями информационных импульсов должна быть менее, чем 0,14 • 2Т_И (здесь Т_и — половина периода следования импульсов; если скважность импульсов Q = 2, то т_и — длительность информационных импульсов).

На рис. 6.14 представлена кривая [91], на которой по вертикальной оси отложен нормализованный по длине параметр PMD (пс/км⁰⁵), а по оси абсцисс — квадрат полосы информационного тракта, умноженный на длину — р²Ь(Гбит/с)²км. Эта кривая построена в соответствии с выражением

5 -

Представленная на рис. 6.14 зависимость показывает, что, например, для систем SDH с STM-64 с пассивными участками порядка 100 км коэффициент поляризационной модовой дисперсии должен быть меньше, чем 1,4 пс/км⁰⁵.