La dispersione cromatica
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- Giustino Contini
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1 Fibre ottiche per mpesazioe di dispersioe cromatica La dispersioe cromatica La velocità di propagazioe degli impulsi i u mezzo state di propagazioe b(w è la velocità di gruppo vg=1/db/dw. elle fibre ottiche vg o è state a causa di: w 1 Effetti di materiale (dipedeza di e da l Effetti di guida d oda (dipedeza del fiameto del modo da l Il ritardo di gruppo di u impulso a freq. cetrale w che si propaga per ua distaza z è: g db z dw ( l e t g g z db dw.è il ritardo per uità di lughezza (Km. Si defiisce dispersioe cromatica : dtg c d b dl l dw b Quidi è la curvatura della fuzioe b(w
2 La mpesazioe di dispersioe cromatica Le fibre per trasmissioe presetao dispersioe cromatica 0, trae che ad u uica lughezza d oda lo. L ottimizzazioe della trasmissioe degli impulsi richiede ua periodica mpesazioe della dispersioe lugo la liea di trasmissioe. I geerale per sistemi WM si richiede che la mpesazioe avvega su larghe bade di lughezza d oda. E possibile realizzare fibre forte dispersioe cromatica egativa tale da mpesare la dispersioe positiva della liea. Le dizioi per otteere la mpesazioe soo: l L l = c L c S l L l = S c L c mpesazioe a cetro bada mpesazioe a cetro bada l, c = ispersioe della fibra di liea e della fibra di mpesazioe S l,s c = Pedeza della curva di dispersioe della fibra di liea e della fibra di mpesazioe
3 Caratteristiche dei moduli per mpesazioe di dispersioe cromatica Compesazioe della dispersioe cromatica a cetro bada (1550 m Compesazioe pedeza della curva della dispersioe cromatica su u itervallo defiito di lughezze d oda ( m Bassa atteuazioe Bassa o-liearità Bassa dispersioe di polarizzazioe Compattezza Affidabilità Basso sto
4 Parametri della fibra per mpesazioe di dispersioe cromatica Callo della derivata prima db/dw Ip. Fibra step idex Esprimedo la state di propagazioe b i fuzioe dei parametri ormalizzati W b V U 1 V si ottiee da cui t b g V R k0 k 0 (1 b db dw 1 c A( V k 0 W R 1 Idice di gruppo del re pesato sulla poteza el re (1 A( V k 0 b 1 3 Idice di gruppo del addig pesato sulla poteza el addig 3 piclo (10-3 termie 0 U R b A( V b A( V 1 d l dl d l d l d( bv b k 0 P re
5 Parametri della fibra per mpesazioe di dispersioe cromatica Callo della derivata prima db/dw t g db dw 1 c P re P addig ipedeza della velocità di gruppo dalla lughezza d oda l 1 < l ipedeza della velocità di gruppo dai parametri della fibra R 1 < R 1 < R R R R
6 Parametri della fibra per mpesazioe di dispersioe cromatica Callo della derivata seda d b/dw c d b ( l ( l ( l m w p dw dw dove m, w, p = ispersioe di materiale, di guida e di profilo m 1 d d A( V 1 A( V c dl dl Somma della dispersioe del materiale del re e del addig pesata sulle poteze el re e el ad w V d ( bv o dipede dalle derivate d/dl (materiale e dalle derivate del salto d idice d/ dl (profilo p y 1 y 8 V d ( bv d( bv b ipede dalla derivata del salto d idice d/ dl (profilo tramite y y l d dl
7 [ps/m Km] Parametri della fibra per mpesazioe di dispersioe cromatica Callo della dispersioe di materiale A( V 1 A( V d /dl soo callati tramite le relazioi di Sellmeier 1 d c dl d dl I efficiete Aj e lj soo ricavati sperimetalmete per la SiO + X [mol] GeO A(V viee callato i fuzioe dei parametri dell fibra,r e di l. A(V1 per l 0 e A(V0 per l if. m 1 3 j1 A j l l l j SMF is Comp Wl [mm]
![ricavati sperimetalmete per la SiO + X [mol] GeO A(V viee callato i fuzioe dei parametri dell fibra,r e di](/docs-images/47/15196247/images/page_7.jpg "l. A(V1 per l 0 e A(V0 per l if. m 1 3 j1 A j l l l j 40 30 0 SMF is Comp 10 0-10 -0-30 -40 1.1 1.3 1.5 1.")
8 [ps/m Km] poiché Parametri della fibra per mpesazioe di dispersioe cromatica Callo della dispersioe di guida d ( bv V >0 la dispersioe di guida è sempre egativa w (V cresce i valore assoluto e grade mporta ua crescita dell agolo fra glia sitoti e qudi ua maggiore curvatura (derivata II w d ( bv V d V ( bv SMF isp. Comp Wl [mm]
9 Parametri della fibra per mpesazioe di dispersioe cromatica Callo della dispersioe di profilo y l d dl rrispodete al 13.5% di GeO w A V d ( bv p V d ( bv y y 1 c l 8 d( bv b B Per l=1.55 mm y~-0. A ~10 volte B
10 Parametri della fibra per mpesazioe di dispersioe cromatica Callo della dispersioe di profilo C w p d V ( bv d V ( bv y y 1 c l 8 d( bv b <~0.5 e diveta domiate rispetto a C solo per V>.405 cioè i regime o moomodale p << w C
11 Ottimizzazioe dei parametri Per otteere ua forte dispersioe egativa ocrre massimizzare: d ( bv 1 V A Trade-off: atteuazioe del segale alto perdite per scatterig elevate perdite per stress di iterfaccia elevate alto R=V/(k 0 piclo perdite per bedig alto e R piclo Aeff picla perdite di giuzioe fibra stadard elevate B Trade-off: effetti o lieari alto e R piclo Aeff picla e eff di oliearità grade forti effetti o lieari (g = k 0 /A eff grade Si evidezia il trade-off dispersioe-atteuazioe tramite la figura di merito : FOM = [ps/m Km] / a [db/km] = [ps/m db]
12 Ottimizzazioe dei parametri 1 alto perdite per scatterig elevate perdite per stress di iterfaccia elevate alto e V1 R piclo (1.1 mm perdite per bedig a B exp 3 RB W 3 R V 3
13 Ottimizzazioe dei parametri 3 alto e R piclo Aeff picla perdite di giuzioe fibra stadard elevate I valori di area efficace tipiche delle fibre per mpesazioe di dispersioe è di mm ; l area eficace delle fibre SMF è di 80 mm. La differeza mporta perdite di giuzioe >1.3 db (equivaleti all atteuazioe di 7-8 Km di fibra. Rimedi: Ottimizzazioe del processo di giuzioe Iserimeto di ua fibra area efficace itermedia di adattameto 4 alto e R piclo Aeff picla e eff di oliearità grade forti effetti o lieari (g = k 0 /A eff grade I valori del efficiete o lieare g, i rrispodeza dei parametri ottimizzati i termii di dispersioe e perdita per bedig, soo di 5-6 [1/W Km] almeo 5 volte superiori a quelli di ua fibra SMF. La geerazioe di FWM è mitigata dall elevata dispersioe cromatica
14 Ottimizzazioe dei parametri Compesazioe della pedeza della curva di dispersioe Le fibre profilo step presetao pedeze sempre positive della curva di dispersioe e quidi soo idatte a mpesare la dispersioe delle fibre di trasmissioe su bade larghe. E possibile ivertire la pedeza itroducedo el RIP ua regioe a idice di rifrazioe iferiore al addig i prossimità del ueo (profilo a W. w c/ d Claddig depresso c/ Step idex c/ b.w 1 > w > w 3 Al crescere di l (decrescere di w la curvatura è maggiore e egativa ell regioe delle lughezze d oda operative
15 Ottimizzazioe dei parametri Compesazioe della pedeza della curva di dispersioe : criticità del profilo a W 1 Il modo fodametale ha lc+if. Per lif eff è approssimativamete la media degli idici di rifrazioe pesati sulle aree. eff R 1 d R d ( R R La dizioe di cutoff si verifica per eff =. d d la preseza del addig depresso aumeta la sesibilità al macro-bedig Tale effeto viee mitigato l itroduzioe di u ulteriore salto d idice positivo estero al addig depresso, che aumeta il fiameto del modo per l elevate. R R 1 d d R d cff < d cff
16 Ottimizzazioe dei parametri Ulteriori criticità PM Le dimesioi molto ridotte del re redoo più criti mateere u elevata cirlarità. L ovalità del re è causa di birifrageza e seguetemete di dispersioe di polarizzazioe ( ps/km. Co la tecica dello spig della fibra durate la filatura i valore di PM viee ridotto a circa 0.08 ps/km. Perdite di giuzioe Le perdite di giuzioe fibre SMF possoo essere ridotte a db applicado archi di fusioe di luga durata che favoriso la diffusioe di Ge dal re verso il addig, riduzioe del salto d idice, allargameto del re e seguete allargameto del MF. Per dimiuire ulteriormete le perdite (0.4 db è ecessario itrodurre ua fibra MF itermedio.
17 ata sheet + - +=0.04 -= R =1. mm R d / R =3.5 R R d
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