2/15/2014

1

عنوان فصلتارهاي نوري

2: شماره فصلغالمرضا باقرسليمي: نام استاد

سيستم هاي مخابرات نوري : درس 1

نام مبحث آموزشيپاشندگي تار

3: شماره اساليدغالمرضا باقرسليمي: نام استاد

سيستم هاي مخابرات نوري : درس 2

2/15/2014

2

انواع پاشندگي)پاشندگي درون مودي/پاشندگي رنگي() GVD(پاشندگي سرعت گروهي -1

) يا فركانس(موج ضريب شكست محيط با طول : )DM(ماديپاشندگي �

.تغيير مي كند

تغيير ضريب شكست در طول موجبر، بدين ) : DW(پاشندگي موجبر�

.معني كه طول موج هاي مختلف داراي تاخيرهاي مختلف مي باشند

( شكستضريباگر موجبر داراي ): PMD(پالريزاسيونمود پاشندگي -2

birefringent ( باشد) عرضيراستاي متفاوت در ضريب شكست هاي.(

مودهاي مختلف در ): Modal/Intermodal(بين مود / پاشندگي مود-3

.هاي گروهي مختلف انتشار مي يابندبا سرعتمود -تارهاي چند

انتشار پالس از طريق تار

↑كوتاهتار چند مود به يك پالس پاسخ

←تار پهن شدن يك پالس كوتاه پس از انتقال توسط انواع

2/15/2014

3

تعاريفتاخير گروهي�

سرعت گروهي�

سرعت فاز و ثابت انتشار�

شاخص گروهي�

βمشتقات �

)GVD(پارامتر پاشندگي سرعت گروهي�

5

0

1

/

1/ ( / ) / ;

/ / /

( ) / ( / )

/

g

gg g

p p

g

i ii

d d

v d d c n

v c n nk n c v

n d n d n dn d

d dω ω

τ β ω

τ β ω

β ω ωω ω ω ω

β β ω

−

=

=

= = =

= → = = =

= = +

=

2 22

1 2( ) ; /

g

d cD D

d v

π β β λ ωλ λ

= = − = ∆ ∆

پاشندگي سرعت گروهي

است) GVD(پهن شدگي پالس ناشي از پاشندگي سرعت گروهي�

(برابراست با Δωو پهناي باند Lزمان ورود براي پالسي به طول تاخير �β )GVDپارامتر 2

:محدوديت سرعت بيت�

6

21/ 1BT T B B T BL BL Dβ ω λ∆ < ≡ → ∆ = ∆ ≡ ∆ <

12

g

g

ddT d LT L L

d d v d

dT d LDL

d d v

βω ω ω β ωω ω ω

λ λ λλ λ

∆ = ∆ = ∆ = ∆ = ∆

= ∆ = ∆ = ∆

2/15/2014

4

)ادامه(سرعت گروهي پاشندگي

.

7

2

2 2 2

2 2

2

2 22 2

2 22

2 1 2( ) (2 )

2 1

2 ( b) ( b)

gM W

g

g gM

g gW

c d dn d nD D D

d v d d

dn dnD

d c d

n dnVd V d VD

n dV d dV

τ π π ωλ λ ω λ ω ω

πλ ω λ

πλ ω ω

∂ − −= = = + = +∂

−= =

− ∆ = +

ماديپاشندگي

به .ناشي از وابستگي فركانسي شاخص مود است) DM(پاشندگي مادي�.كندضريب شكست با فركانس تغيير مي بيان ديگر،

T = L/vgبرابر Lزمان گذر در تاري به طول � = β1L است.

مولفه هاي فركانسي متفاوت با سرعت هاي متفاوت حركت كرده و در �)پهن شدگي پالس(به گيرنده مي رسندزمان هاي متفاوت

8

20 1 0 2 0( ) ( ) / ( ) ( ) ...n cβ ω ω ω β β ω ω β ω ω= = + − + − +

2/15/2014

5

تغييرات ضريب شكست و شاخص گروهي

9

2

2 21

( ) 1M

i i

i i

Bn

ωωω ω=

= +−∑

)ادامه(مادي پاشندگي �.

10

122(1 / ); 1.28 1.31M ZD ZDD λ λ λ− < <≃

2/15/2014

6

)ادامه(مادي پاشندگي شده با ژرمانيومناخالص خالص و سيليكاي پارامتر پاشندگي ماده براي ضريب شكست سيليكاي خالص و مشتقات آن

پاشندگي موجبرپاشندگي موجبر، طول�

موج پاشندگي صفر

40-30را به انداره

نانومتر افزايش داده

1310و به حدود

.نانومتر مي رساند

12

2/15/2014

7

پاشندگي تار

افت پالس به دليل پاشندگي

منشأ پاشندگي موجبر از ديد نور هندسي

نمونه منحني پاشندگي تار

تغيير سرعت اننشار با طول موج: پاشندگي

)DSF(جابجاشده تارهاي با پاشندگي

2/15/2014

8

تارهاي با پاشندگي جابجاشده و هموارشده

شيب پاشندگي صفر

پاشندگي مرتبه باالتر

.به علت پاشندگي هاي مرتبه باالتر از بين نمي رود λZDآثار پاشندگي در �

)پارامتر پاشندگي تفاضلي( S شيب پاشندگي�

كران باالي حاصلضرب سرعت بيت در فاصله از رابطه�

.است) ليزر(پهناي طيفي منبع نور λ∆به دست مي آيد كه در آن

16

2( ) 1D S BL Sλ λ= ∆ → ∆ <

2

3 22 3( ) ( )2 4

SdD c c

dβ β

π πλ λ λ

= = +

2/15/2014

9

مشخصات برخي تارهاي نوري

.

17

)PMD(پاشندگي مود پالريزاسيون سيگنال نوري در تارهاي نوري واقعي ثابت نمي ) SOP(حالت پالريزاسيون �

.ماند

� SOP به طور تصادفي تغيير مي كنددوشكستي به علت تغييرات.

هسته تار قدري (انحراف جزئي در تقارن استوانه اي به هنگام ساخت تار �).بيضوي است

10تقريبي هر بيضي و محورهاي آن به طور تصادفي در امتداد تاري به طول �.متر تغيير مي كند

.دليل ديگر كشش ناهمسان روي هسته تار به هنگام ساخت تار يا كابل است�

ساعت روي مي محيطي در عرض چند دقيقه يا چند به علت اين كه تغييرات �. با زمان تغيير مي كنددوشكستي دهد،

18

2/15/2014

10

)ادامه(پالريزاسيونپاشندگي مود

Polarization Maintaining Fiber

Non-Polarization Maintaining Fiber

.دهدبا انتشار پالس، انتقال تصادفي توان بين مودهاي مختلف پالريزاسيون رخ مي .شدداراي سرعت انتشار متفاوت باشند آنگاه پالس پهن خواهد مود اگر

شكستضريب حالت پالريزاسيون در تار ي با . پالريزاسيون مبادله مي شودمولفه متر، توان بين LBهر

20

7 4, / , 10 10x ym B m mn nB L B Bλ − −−= = →∼

2/15/2014

11

PMDمشكالت

�SOP در هيچ نقطه تار قابل پيش بيني نيست.

به فقط آشكارسازهاي نوري زيرا نور مهم نيستند SOPتغييرات �. توان كل پاسخ مي دهند

پهن شده و پهناي آن با زمان تغيير مي PMDپالس نوري به علت �.كند

مي تواند با PMDاگر سيستم با بدترين سناريو طراحي نشود، �جابجايي بيت ها در خارج زمان بيت مربوطه منجر به از كار افتادن

.سيستم شود

�PMD افزايش سرعت بيت تشديد مي شودبا.

21

تارهاي با دوشكست ثابتتغييرات محيطي در تارهاي انحرافات ناشي از تغييرات ساخت و براي حذف �

زياد به طور عمدي دوشكستي ، تارهاي با ) PMF(نگهدار پالريزاسيون .ساخته مي شود

.پالريزه متعامد داردمود مود -هر تار تك�

.شوندنابود مي همه جهات در ) ايده آل(در تارهاي كامل مود اين �

.را برهم مي زند نابودياين دوشكستي �

قدري ( شوندبا سرعت هاي انتشاركمي متفاوت درون تار منتشر مي مود �).متفاوت

.استدوشكستي معياري از ( )تفاوت ضرايب شكست �

كه در امتداد آنها مودها پالريزه مي شوند محورهاي اصلي ناميده مي محوري �.شوند

22

x ym n nB −=

n

2/15/2014

12

)PMF(پالريزاسيون تارهاي نگهدار وقتي كه پالس ورودي در امتداد محور اصلي پالريزه مي شود، حالت پالريزاسيون آن �

.غيير نمي كند زيرا فقط يك مود تحريك مي شودت

.صلي متفاوت استامحور سرعت فاز و سرعت گروه براي �

.شودنتخاب مي با شاخص مود بزرگتر در امتداد محور اصلي ا xمحور �

.شودگفته مي محور تند yمحور : محور كند گفته مي شود xهمچنين محور �

مود آن بين نرژي وقتي كه پالس ورودي در امتداد محور اصلي پالريزه نشود، ا�.پالريزاسيون تقسيم مي شود

به مود درجه پالريزه شود، هر 45در صورتي كه پالس ورودي به طور خطي با زاويه �.طور يكسان تحريك مي شوند

متعامد پالريزه پالس به علت سرعت هاي گروهي متفاوت، در امتداد تار مولفه �. تفكيك مي شوند

23

تفكيك پالس.در زمان هاي متفاوت به انتهاي تار مي رسندمولفه �

.متعامد پالريزه تقسيم مي شودپالس هر پالس به �

به ) DGDتاخير گروه تفاضلي يا (مولفه اختالف زماني بين �صورت زير به دست مي آيد

ns/km 1در حدود DGDپالريزاسيون براي تارهاي نگهدار �.است

24

1 1 1( )x ygx gy

L LT L L

v vβ β β− −∆ = = = ∆

2/15/2014

13

PMDگسترش پالس ناشي از

Τ∆تقسيم مي شود كه تاخيري تصادفي به اندازه پالس هرپالس به �.نسبت به هم دارند

و پس )Τ∆( تاخير RMSمقدار از PMDپهن شدگي پالس ناشي از �.به دست مي آيددوشكستي از متوسط گيري روي

به صورت زير به دست مي آيد Τ∆گشتاور دوم �

�lc همبسته پالريزاسيون مولفه طولي است كه در آن)correlated (.مي مانندباقي

25

( ) [ ]2 2 2

1

2( ) ( ) exp( / ) / 12T c c cz l z l z lTσ β∆ − + −≡ ∆ =

)ادامه(PMDازگسترش پالس ناشي )z<<lc(در فواصل كوتاه �

.است PMFنتيجه همانند نتيجه براي اين

) z<<lc(دورتر از يك كيلومتر فواصل در �

.به طول بستگي دارد)Dpيعني ( PMDپارامتر �

ناچيز مي GVDدر مقايسه با پهن شدگي ناشي از PMDپهن شدگي پالس در اثر �.باشد

�PMD هنگامي عامل محدود كننده مي شود كه سيستم در سرعت باال و در فاصله.دور به كار رود

26

1( ) 2

0.1T c p

p

l L D L

D

βσ ∆≈ ≡

<

1( )T zβσ ∆≈