В даний час одномодове волокно займає панівне становище в техніці волоконно-оптичного зв'язку. Це пов'язано з тим, що на відміну від многомодового волокна, в одномодовом волокні підтримується поперечна просторова когерентність світла і відсутня межмодовая дисперсія. Хроматична дисперсія обмежує швидкість і дальність передачі інформації по одномодовому волокну з використанням одного спектрального каналу.
Хроматична дисперсія це розширення тривалості світлового імпульсу при поширенні по волокну, пов'язане з різницею групових швидкостей поширення спектральних складових імпульсу. Джерелом світла в високошвидкісних ВОСП зазвичай є напівпровідникові лазери з досить вузькою, але кінцевої шириною спектра випромінювання.
У одномодовом волокні хроматична дисперсія виникає внаслідок взаємодії двох явищ - матеріальної і хвилеводної дисперсії. Матеріальна дисперсія виникає через нелінійної залежності показника заломлення кварцу від довжини хвилі і відповідної групової швидкості, в той час як причина хвилеводної дисперсії є залежність від довжини хвилі відношення до групової швидкості до діаметру серцевини і відміну показника заломлення серцевини і оболонки. Третя складова дисперсії, так звана поляризаційна модів дисперсія (PMD) другого порядку, або дисперсія диференціальна груповий затримки, визначається поляризаційними характеристиками волокна і впливає, схоже з впливом хроматичної дисперсії. PMD другого порядку встановлюють крайня межа, до якого може бути компенсована хроматична дисперсія.
Розкид групових швидкостей, тобто величина розширення за рахунок хроматичної дисперсії # 964; хр в лінійному наближенні прямо пропорційно довжині волокна L і ширині спектра # 916; # 955; світлового імпульсу.
де D # 955; - коефіцієнт хроматичної дисперсії (chromatic dispersion coefficient). Це мале зміна затримки світлового імпульсу на ділянці волокна одиничної довжини (1 км) при одиничному зміні довжини хвилі (1 нм) несучої цього імпульсу. Одиниця виміру - пс / (нм · км). Його величина визначається як похідна від спектральної залежності групової затримки # 964; д (# 955;):
Швидкість передачі інформації волоконно-оптичної системи по одному каналу зв'язку максимальна в разі, якщо групова затримка не залежить від довжини хвилі, тобто D # 955; = 0. Довжина хвилі # 955; 0. відповідна цій умові, називається довжиною хвилі нульової дисперсії. При цій довжині хвилі коефіцієнт хроматичної дисперсії приймає нульове значення. Одиниця виміру - нм.
Поблизу точки нульової дисперсії залежність коефіцієнта хроматичної дисперсії від довжини хвилі можна апроксимувати лінійною залежністю:
де S0 - нахил спектральної залежності коефіцієнта хроматичної дисперсії (zero-dispersion siope) на довжині хвилі нульової дисперсії, вимірюваний в пс / (нм 2 · км).
Відповідно до рекомендацій ITU-T G.650 існує три регламентованих методу вимірювання дисперсії:
· Фазовий метод вимірювання (Phase shift technique);
· Інтерферометричний метод (Interferometric technique);
· Імпульсний метод вимірювання (Pulse delay technique).
Найбільш поширеним методом вимірювання дисперсії є фазовий метод і його різновид, диференційний фазовий метод. Ці методи дають найбільшу точність вимірювань і зручність реалізації [Д3].
Сутність фазового методу полягає в порівнянні фази пройшов через вимірюваний світловод сигналу з фазою опорного сигналу. Отримані значення зсуву фаз # 966; (# 947;) пов'язані з груповими затримками формулою:
де f - частота модуляції сигналу. Вимірювання затримки повинні бути проведені на декількох довжинах хвиль. Реалізувати вимірювання можна декількома способами:
· Використовувати кілька джерел випромінювання з фіксованими довжинами хвиль і широкосмуговий фотоприймач;
· Використовувати джерело з перебудовується довжиною хвилі (перебудований лазер або широкосмуговий джерело з селектором довжин хвиль) і широкосмуговий фотоприймач;
· Використовувати широкосмуговий джерела фотоприймач з селектором довжин хвиль.
У разі використання вимірювача хроматичної дисперсії з перебудовується робочою довжиною хвилі необхідно встановити межі спектрального діапазону і крок зміни довжини хвилі. Структурна схема фазового методу вимірювання хроматичної дисперсії з використанням широкосмугового джерела випромінювання і фотоприймача з селектором довжин хвиль представлена на малюнку 10.19.
Сигнал з генератора, що задає модулює потужність випромінювання джерела. Модульоване світлове випромінювання, що пройшло по тестируемому волокну, використовується в якості вимірюваного сигналу, що подається на фазометр. Той же сигнал з опорного генератора, що подається на фазометр по іншому каналу, служить опорним сигналом. Фазометр вимірює зсув фаз між опорним і вимірюваним сигналом. Вимірювання повторюються на кожній з обраних довжин хвиль. З отриманих значень відносного зсуву фаз за формулою (10.3.12) розраховується величина відносної затримки для всіх довжин хвиль, на яких проводились вимірювання. Обробка результатів вимірювання полягає в підборі функціональної залежності # 964; (# 947;), значення якої на вимірюваних довжинах хвиль найбільш близькі до виміряних значень.
Міжнародні стандарти рекомендують для кожного типу волокна і спектрального діапазону вимірювань вибирати функціональні залежності у вигляді деяких многочленів, що представляють собою статечні функції довжини хвилі # 947; з невідомими коефіцієнтами. В процесі математичної обробки вимірювань обчислюються значення цих коефіцієнтів. Широко використовуються, наприклад, трьох- або пятічленниє функції Солмейера. Розвитком фазового методу є диференційний фазовий метод (Differential Phase Shift method), коли вимірюються відносні фазові зрушення і відносні затримки # 964; 1 і # 964; 2 двох сигналів на сусідніх близько розташованих довжинах хвиль # 955; 1 і # 955; 10.
Значення величини дисперсії на довжині хвилі # 955; 1/2. рівній напівсумі довжин хвиль # 955; 1 і # 955; 2. визначається лінійною апроксимацією за формулою:
Інтерференційний метод є альтернативним і реалізується по структурній схемі, що використовує интерферометр Маха-Цандера і представлений на малюнку 10.20.
Випромінювання від широкосмугового джерела після селектора довжин хвиль потрапляє в інтерферометр Маха-Цандера. При лінійному переміщенні кінця волокна, що входить до складу опорного плеча інтерферометра, в опорний канал вноситься відома різниця оптичних довжин, значення якої дозволяє обчислити групову затримку світлового сигналу в тестованому волокні, розташованому в вимірювальному плечі інтерферометра. Інтерферометричний метод застосовується при вимірюванні характеристик коротких відрізків волокна довжиною кілька метрів і в основному використовується для контролю виробничого процесу при виготовленні волокон і компонентів систем передачі.
Імпульсний метод вимірювання хроматичної дисперсії. Стандарт ITUT G650 регламентує також метод, заснований на прямому вимірюванні затримки світлових імпульсів з різними довжинами хвиль при проходженні через волокно заданої довжини (time offlight). У цьому методі можна проводити вимірювання часу затримки оптичних імпульсів лазерів при проходженні заданої ділянки волокна «туди і назад», тобто при відображенні від віддаленого кінця волокна. Точність вимірювання CD в цьому методі нижче, ніж точність вимірювання фазовим методом через меншу точності вимірювання тимчасових затримок. Схема установки для проведення вимірів при цьому залишається майже такий же, як і при вимірюванні фазовим методом. Замість фазометра при вимірюванні імпульсним методом необхідно використовувати інший пристрій, що дозволяє вимірювати відносну тимчасову затримку двох імпульсів.
Оскільки точність імпульсного методу обернено пропорційно тривалості використовуваних імпульсів, то необхідно, щоб їх тривалість була не більше 400 пс.