PIERDERI IN FIBRE OPTICE

PIERDERI IN FIBRE OPTICE

1.Atenuarea radiaTiei In fibrele optice

Atenuarea radiatiei in fibrele optice reprezinta un factor cu influenta majora in proiectarea sistemelor cu fibre optice. Pierderile sunt puternic dependente de lungimea de unda. Intrucat majoritatea aplicatiilor sistemelor cu fibre optice (telecomunicatii, senzori) sunt in spectrul vizibil si infrarosu apropiat, studiul pierderilor se limiteaza la acest segment spectral.

Pierderile in fibre se clasifica in trei categorii, in functie de mecanismele de producere:

- pierderi prin absorbtie materiala;

- pierderi prin difuzie;

- pierderi datorate efectelor geometrice.

1.1.Pierderi prin absorbTie materiala

Absorbtia intrinseca

Absorbtia radiatiei este o proprietate naturala a substantei care se manifesta prin scaderea energiei fluxului radiant. Prin absorbtie, energia radianta este convertita ireversibil in caldura.

Absorbtia este descrisa de legea lui Lambert:

[1]

unde: f este fluxul la distanta z in substanta;

f - fluxul incident (fluxul la z=0);

k(l) - coeficientul de absorbtie al substantei la lungimea de unda l

k(l) reprezinta atenuarea relativa a fluxului de radiatie pe unitatea de lungime de strat absorbant si deci se masoara in m^-1. Se observa ca atenuarea depinde de lungimea de

unda. Sub acest aspect, pentru fibrele optice intereseaza in special atenuarea in domeniile vizibil si infrarosu apropiat (0,5.1,6 mm).

Pe de alta parte, coeficientul de absorbtie, k(l) depinde de natura substantei. Fibrele optice de sticla sunt realizate din silice (SiO₂) pura sau dopata cu diverse materiale (titan, taliu, germaniu, bariu etc.), iar fibrele de plastic din polimeri de tip polimetilmetacrilat (PMMA) sau policarbonat (PC), toate acestea fiind materiale dielectrice. Datorata structurii moleculare si legaturilor atomice, toate materialele dielectrice manifesta o absorbtie puternica in regiunile ultraviolet si infrarosu.

Mecanismul de absorbtie in ultraviolet (UV) se manifesta si in vizibil, dar la un nivel foarte scazut. Pierderile datorate absorbtiei intrinseci sunt mici in zona spectrala in care functioneaza sistemele cu fibre optice, dar impun o limita teoretica a pierderilor care nu poate fi depasita. Absorbtia intrinseca este cauza limitarii la aproximativ 1,6 mm a aplicatiilor de transmisii de date. Tot datorita absorbtiei materiale, pentru aplicatiile in UV se folosesc fibre din cuart sau cu miez lichid, substante transparente in aceasta zona a spectului optic.

1.1.2. Absorbtia pe impuritati

Prezenta impuritatilor in fibra reprezinta o sursa majora de pierderi. Doua tipuri de impuritati produc, in special, efecte nedorite: ionii metalelor de tranzitie si ionul hidroxil (OH^-).

Ionii metalelor de tranzitie, cum ar fi Fe, Cu, Co, Ni, Mn, Cr au benzi de absorbtie puternica in regiunea vizibila si infrarosu apropiat. Practic, este imposibil sa se obtina fibre optice fara impuritati. Impurificarea se produce in cursul proceselor de topire, realizare a preformelor si tragere a fibrelor. Pentru a se obtine atenuari datorate impuritatilor mai mici de 1dB/km, impurificarea cu ioni ai metalelor de tranzitie trebuie sa fie sub 1ppm.

Ionii hidroxil (OH^-) prezinta varfuri de absorbtie la lungimile de unda 2,73 mm, 1,37 mm,1,23 mm, 0,95 mm, 0,7 mm. Contaminarea cu ioni OH^- se poate produce atat in cursul fabricarii cat si ulterior, din umiditatea atmosferica. Pentru a evita contaminarea atmosferica, fibrele de sticla au o camasa de polimer impermeabil.

Defectele atomice sunt o alta cauza a absorbtiei materiale. Ionii care in mod normal nu absorb in spectrul de interes, cum ar fi Ti⁴⁺, prin reducerea la o alta stare (T³⁺), pot absorbi puternic. Reducerea se poate produce in cursul procesului de fabricatie sau ca urmare a actiunii radiatiilor ionizante (raze x, gama, neutroni). Dupa 1990 s-au produs fibre de Si de inalta puritate, care au pierderi datorate defectelor atomice foarte mici. Aceste fibre sunt, in acelasi timp, rezistente la radiatii nucleare, ceea ce a deschis calea folosirii senzorilor cu fibre optice in industria nucleara.

1.1. Pierderi prin difuzie Rayleigh

Difuzia se produce ca rezultat al excitarii particulelor din mediu (electroni, molecule, impuritati) de catre radiatia incidenta si consta in radiatia in toate directiile a unui procent din energia incidenta. In miezul fibrei optice, in urma redistribuirii spatiale a luminii incidente, o parte din radiatie este ghidata inainte, o alta parte este retrodifuzata, iar restul este transferata in camasa.

Fenomenul de difuzie depinde de raportul dintre dimensiunea particulei, si lungimea de unda a luminii, l si devine masurabil de la valori ale raportului d/l Se disting difuzia Rayleigh (d/l=1/10), difuzia Rayleigh-Gauss (d/l difuzia Mie (d/l

Difuzia Rayleigh este prezenta in toate tipurile de fibre optice. Pierderile prin difuzie Rayleigh constituie, ca si in cazul absorbtiei intrinseci, o limita teoretica ce nu poate fi depasita. Difuzia Rayleigh se datoreaza naturii amorfe a sticlei. Orientarea aleatoare a moleculelor in sticla determina variatii locale ale densitatii si indicelui de refractie, care pot fi modelate ca obiecte cu dimensiuni mai mici decat lungimea de unda, incluse intr-un material omogen.

Pierderile prin difuzie Rayleigh nu depind de intensitatea radiatiei incidente si variaza proportional cu l . Pentru lungimi de unda sub 0,8 mm, difuzia Rayleigh poate constitui principala componenta de pierderi. Difuzia Rayleigh este relativ uniforma in toate directiile. Din energia difuzata in unghiul solid 4p, fractiunea cuprinsa in unghiul solid definit de apertura numerica a fibrei este difuzata inapoi, si o valoare egala este difuzata inainte, restul fiind radiata in camasa. Radiatia retrodifuzata este folosita la o serie de senzori distribuiti.

In procesul de fabricatie pot rezulta si neomogenitati ale fibrei de dimensiuni mai mari, fie in miez, fie la suprafata de separatie miez-camasa, care determina aparitia difuziei Mie. Difuzia Mie este independenta de lungimea de unda si poate fi micsorata printr-un proces de fabricatie al fibrei atent controlat.

In afara fenomenelor de difuzie liniare, pasive , mentionate, pot fi luate in considerare, in anumite circumstante, si fenomenele de emisie neelastica, si anume difuzia Raman si Brillouin. Acestea sunt fenomene neliniare, care apar daca densitatea puterii optice in fibra are valori mari, ca in cazul transmisiei radiatiei laser. Ele se caracterizeaza prin absorbtia unei parti din energia radiatiei incidente, de lungime de unda l si emisia spontana sau stimulata a unei radiatii de lungime de unda diferita l' , care difuzeaza in fibra.

Imprastierea Raman

Efectul Raman apare cand raza radiatiei monocromatice trece prin esantionul de molecule care pot fi supuse schimbarii in polarizabilitatea moleculara si aceasta vibreaza. Numai micile proportii ale moleculelor (10^-6 sau mai mic) pot fi supuse schimbarii in polarizare, furnizeaza baza pentru efectul Raman pentru a putea fi observat. Depinde daca imprastierea Raman a fotonului este schimbata in inalta sau joasa frecventa, asazisa anti-Stokes sau Stokes linie este generata. Deoarece rezulta, pentru radiatia incidenta de frecventa n , pentru molecula se intoarce pentru un nivel vibrational de excitatie n_v, emisia radiatiei este a coborata la frecventa, n n_v. Daca absorbtia initiala este pentru acest nivel de excitatie, de energie n_v, si intoarcerea este un motiv de a specifica, frecventa radiatiei este n n_v. Astfel se observa spectrul imprastierii luminii care consta in relativitatea imprastierii Rayleigh (si frecventa neschimbata n ) a liniei, impreuna cu liniile Stokes si anti-Stokes reprezinta spectrul Raman. Aceasta forma de chestionare a mediilor susceptibile este frecventa utilizata pentru analiza instrumentala, deoarece elucidarea structurii moleculei, in adaos pentru aplicatiile pentru sensibilitatea temperaturii vom discuta mai jos .

Cea mai mica parte din lumina care intra in fibra este imprastiata, in decursul intregului proces, in comparare cu imprastierea Rayleigh (cu lungimea de unda a luminii care intra) si emisia fluorescenta. In absenta doparii cu pamant rar, alte, efectul de intensitate joasa poate fi vazut mai bine, si astfel a fost studiat mai amanuntit in ultimii ani, in ciuda descoperirii efectului Raman inca din 1928.

Imprastierea Raman a fost bine pusa in evidenta in DART (Distributed Anti-Stokes Thermometry) utilizand efectul spontan acolo unde radiatia anti-Stokes (a inaltei frecvente ca frecventa de bombardare) este utilizata. In timp ce rezultatul acestui fapt ca numarul moleculelor excitate pe care le produc liniile anti-Stokes este direct dependent de temperatura absoluta si astfel nivelul de intrare al radiatiei care este imprastiata are energie mai mare; acest mecanism a fost utilizat in masurarea temperaturii absolute. Ambele lungimi de unda Stokes si anti-Stokes trebuie detectate cu ajutorul unui monocromator si dependenta temperaturii de nivelul de radiatie anti-Stokes de aceea trebuie indepartate erorile datorate altor efecte decat temperatura de exemplu atenuarea materiala a fibrei si pierderea benzilor. Proportia intensitatii, de care temperatura este dependenta, in functie de frecventa este:

R(T)=( n_a n_S)⁴exp(hn/KT) [2]

unde n_a n n_V n_S n n_V si n_a si n_V sunt frecventele anti-Stokes si Stokes respectiv: h este constanta Planck si k constanta Boltzmann, si (n_a n_S)⁴ este factorul de imprastiere Rayleigh.

In fibrele optice, datorita duratei de interactiune lungi si miezului ingust, densitatea mare de putere /durata propusa poate fi realizata pentru a observa efectele neliniare. O parte este imprastierea stimulata Raman (SRS) cu care prima oara efectul neliniar observat folosind intensificarea (in ordinea susceptibilitatii) pentru care in silica utilizand lichid de CS₂ in miezul fibrei, a fost folosit pentru prima oara de Ippen in 1970. Descoperirea fibrelor din silica cu pierderi reduse a permis observarea SRS in fibrele de silica la nivele de putere de 75W de catre Stolen s.a. in 1972. In sticla de silica, vibratiile interne intre lumina imprastiata Si-O-Si in latimea benzii de frecventa, in jurul frecventei comuta la 440 cm^-1, cand culmea obtinuta nu e buna.

Imprastierea Brillouin

Procesul de imprastiere Brillouin stimulata (SBS) in fibrele optice a fost observat de Ippen si Stolen si generarea procesului este similara la imprastierea Raman, dar cu cateva diferente distincte. Lumina este imprastiata cu o unda acustica, creata de unda Stokes schimbata, frecventa schimbata n_b, care depinde de viteza undei sonore longitudinala V si de lungimea de unda a bombardarii cu radiatii c/n_a=2nn V/C. in comparatie cu imprastierea stimulata Raman (SRS) acest efect tinde sa fie minor in fibrele tipice si SRS tinde sa fie dominant in unda SBS obtinuta care este mai mare cu doua ordine de magnitudine. Aceasta deoarece bombardarea in ceea ce priveste liniile este considerabil mai larga decat cea a liniilor Brillouin care este de ordinul a 100Mhz( 3*10^-3cm^-1) comparativ cu cateva sute de cm^-1 pentru imprastierea Raman.

1.2.Pierderile datorate EFECTELOR geometrice

Efectele geometrice care conduc la aparitia pierderilor sunt:

- curbarea fibrelor;

- microcurburi (rezultate in procesul de tragere sau induse intentionat);

- variatii ale diametrului fibrei.

Intr-o fibra, daca unghiul facut de o raza ghidata cu suprafata de separatie miez-camasa are in zona dreapta a fibrei valoarea q, in zona curburii isi modifica valoarea, devenind q'. Prin urmare, modul din zona dreapta a fibrei corespunzator razei, se transforma in curbura intr-unul de ordin superior, cu un alt unghi caracteristic, acest fenomen fiind numit conversia modului. Conversia in moduri de ordin superior determina modificarea timpului si a traseului de propagare si pierderi prin absorbtie si difuzie suplimentare in fibra. Noul unghi q' poate fi, in exteriorul curburii, mai mare decat unghiul critic q_c, ceea ce face ca raza sa piarda energie prin refractie in camasa si radiatie in afara fibrei.

Fenomenul de pierderi in curbura poate fi explicat si prin propagarea undei. O parte a frontului de unda dinspre exteriorul curbei ar trebui sa se deplaseze cu o viteza mai mare decat viteza luminii in mediul respectiv, pentru a ramane cuplata la ghidul de unda. Cum acest lucru nu este posibil, energia din acea parte a frontului se decupleaza de modul transmis si este radiata tangential, fiind pierduta. Pierderea prin radiatie in curburi este mai mica in cazul fibrelor cu variatie graduala a indicelui de refractie.

Pierderile datorate variatiei diametrului fibrei si microcurburilor se explica prin conversia modurilor acolo unde suprafata de separatie miez-camasa sufera modificari locale, o parte a modurilor de nivel superior rezultate prin conversia modala fiind radiate in exterior. In acelasi timp, are loc o difuzie pe neregularitatile suprafetei de separatie miez-camasa.

1. Atenuarea totala

Prin combinarea tuturor fenomenelor de pierdere, cu exceptia pierderilor datorate efectelor geometrice, se obtine curba atenuarii totale a unei fibre optice, sau caracteristica spectrala a atenuarii. In figura 1 se prezinta o curba de atenuare totala caracteristica pentru fibre de sticla. Se observa ca regiunea de absorbtie redusa este limitata spre lungimile de unda mici de difuzie si inspre lungimile de unda mari de absorbtia in infrarosu. In zona de atenuare redusa se evidentiaza varfurile de absorbtie datorate ionului OH^- si a altor dopanti, intre care sunt minime locale ale atenuarii totale, numite ferestre de transmisie. Fibrele de sticla au doua ferestre de transmisie: prima fereastra, in regiunea 800-900 nm si a doua fereastra, in domeniul 1300-1600 nm. In a doua fereastra exista la aproximativ 1400 nm un varf de absorbtie datorat ionului OH^-. Pierderile minime pentru fibrele din sticla sunt de aproximativ 0,15 dB/km la 1,55 nm, o valoare apropiata de limita teoretica. Fibrele de plastic, cu miezul din polimetilmetacrilat (PMMA) si camasa din fluoropolimer, au pierderile minime in regiunea vizibila a spectrului, avand valori cuprinse intre 200-300 dB/km. Se observa ca fibrele PMMA au pierderi mult mai mari decat cele din sticla, ceea ce limiteaza lungimea de transmisie la cateva zeci de metri. Pentru aplicatii de senzori cu fibre optice, aceste lungimi sunt suficiente in majoritatea cazurilor, iar diametrul mare al fibrelor de plastic poate constitui un avantaj.

Fig.1. Caracteristica atenuarii totale in fibre optice din sticla.

Pentru fibrele optice rata de atenuare este de obicei exprimata in decibeli/kilometru (dB/km). In cazul in care z=1km, rata de atenuare poate fi definita prin ecuatia:

Rata de atenuare=-10log₁₀(I₁/I₀) dB/km

Intr-o fibra cu rata de atenuare de 10dB/km intensitatea (puterea optica) v-a scadea la o zecime din intensitatea incidenta dupa ce parcurge 1 km. O rata de atenuare de 3dB/km corespunde unei reduceri la jumatate a intensitatii incidente dupa 1 km pentru ca log₁₀0.5 este egal cu 0. in acest ultim caz, dupa 5km intensitatea v-a scadea cu 15dB din valoarea integrala, deci atenuarea v-a fi 15dB.

O foarte evidenta scadere a ratei de atenuare s-a petrecut in 1970 prin introducerea unei noi tehnici de fabricare a fibrelor, proces de depunere in faza de vapori. Acesta a condus la posibilitatea de a dispune de primele fibre ultrarapide de SiO₂ de inalta prioritate si dezvoltarea unui grup de tehnici inrudite pentru producerea unor fibre extrem de pure si cu putine pierderi. Astazi fibrele disponibile au pierderi minime la lungimile de unda selectate intre 0.2 si 1dB/km astfel incat repetarea legaturilor inferioare de comunicare optice mai lungi de 50km sunt o realitate la indemana. O intelegere clara a factorilor care influenteaza atenuarea in fibrele optice este importanta nu numai pentru designerul de fibre cat si pentru utilizator.

Cauzele de atenuare pot fi impartite in trei categorii diferite: prima numita absorbtia materialului, se datoreaza absorbtiei energiei optice in nivelele energetice ale electronilor impuritatilor metalelor tranzitionale ca Fe, Cu, Cr si Ni si nivelele vibratorii ale ionilor hidroxil (OH^-) in miezul si in zonele interne ale placajului.

In acest caz energia este absorbita din fasciculul optic si reradiata in reteaua moleculara sub forma de caldura. Al II-lea tip de atenuare e datorat pierderilor prin indoire care sunt de doua tipuri. Una este datorata indoirii normale a intregii fibre la raza nominala. De exemplu pierderile prin indoire se pot datora tragerii fibrei printr-o mendrina de diametru mic. Cea de-a II-a numita pierdere prin microandoire aparenta datorata variatiilor aleatorii ale directiei axei miezului. Acestea pot fi chiar microscopice datorate unor forte externe, imperfectiuni in acoperire si placare, neregularitati la interfata miez-placaj, microfisuri si alte cauze. In oricare din cazuri, lumina va trece din miez in placaj si aceasta va cauza o scadere a intensitatii luminii transmise prin fibra spre capatul de iesire al acesteia.

In sfarsit, exista trei tipuri de pierderi prin imprastiere. Primul, numit imprastiere Rayleigh e cauzata de fluctuatii microscopice de densitate care sunt inghetate in structura moleculara aleatorie a sticlei ce formeaza miezul fibrei cand se raceste la temperatura sa de solidificare relativ crescuta. Aceste fluctuatii pot fi rezolvate in frecvente spatiale care au l mult mai scurta decat l optica. Pierderile prin imprastierea Razleigh variaza invers proportional cu puterea a IV-a a l optice. Adaugandu-se fluctuatiilor statice ale densitatii exista si fluctuatii dinamice datorate undelor termale ale sunetului. Acest unde iau nastere si se propaga pentru ca temperatura sticlei e aproape de zero absolut. Aceste fluctuatii de densitate propagate (fononi termali) duc la imprastierea Brilloniu. In sfarsit, exista lumina imprastiata cauzata de absorbtie si reradierea din nivele energetice atomice de vibratie si de rotatie, adica imprastierea Raman. Aceste ultime doua procese de imprastiere Raman si Brilloniu sunt procese neliniare si semnificative numai la intensitati optice inalte.

Puterea si dependenta de lungimea de unda a unora din aceste mecanisme de pierderi este prezentata in figura 2.

Fig 2. Fibra graded-index.

O imagine a mecanismului de pierdere prin indoirea radiala normala e prezentata in fig.

Fig. Fibra monomodala cu lungime de banda caracteristica.

Presupunand (considerand) ca o raza calatoreste spre dreapta la un unghi q mai mic decat unghiul critic q_c in fibra dreapta. In regiunea indoita raza intersecteaza interfata miez-placaj la un unghi q mai mare decat q_c si astfel va fi partial transmisa in afara miezului si in placaj. Aceasta se va intampla la fiecare reflexie succesiva de pe o interfata exterioara si pot aparea pierderi mari. O alta explicatie calitativa a acestui tip de pierderi este dupa cum urmeaza. In fasciculul propagat prin fibra, considerand fronturi ale undelor plane, daca viteza in centrul miezului in portiunea indoita (curbata) este egala cu c/n₁, viteza "curata" in miez , atunci viteza la marginea exterioara a frontului trebuie sa fie mai mare decat c/n₁ ceea ce nu se poate intampla. Rezulta radiatii in forma imprastierilor de la miez la placaj. In sfarsit, de la teoria undelor electromagnetice poate fi demonstrat ca intr-un ghidaj de unda cu o raza de indoire constanta toate solutiile ecuatiei undei reprezinta unde care se deterioreaza odata cu cresterea distantei fata de axul miezului.

Folosind cele mai noi cunostinte e posibil sa se calculeze pierderile asteptate datorate unei raze de indoire constanta. Rezultatele unor astfel de calcule apar in fig. 6, unde curbele pierderilor in functie de raza de indoire sunt prezentate pentru fibre unimodale la l m avand aperturi numerice (AN) diferite.

Fig.4. Unghiul de acceptanta.

Se observa puternica dependenta de raza de indoire si AN. Referindu-ne la fig. 4 sa consideram o fibra cu AN=0.1. Cand o lungime de 10m e trecuta printr-o mandrina cu r=1.2cm atenuarea datorita indoirii este de aproximativ 6dB, adica 75% din energia luminoasa transmisa in miez la capatul de intrare e imprastiata in afara miezului in timp ce se propaga prin cei 10m catre capatul de iesire.

Cand 10m de fibra identici sunt trecute printr-o mandrina cu r=1cm atenuarea datorata indoirii va creste cu un factor in jur de 250.000 la 60 dB asa incat numai aproximativ o milionime din lumina originala ramane la capatul fibrei. Aproape toata lumina de intrare e imprastiata afara din miez. Pe de alta parte, folosind mandrina de 1.2cm si marind apertura numerica la 0.12 se reduce atenuarea la 0.16dB respectiv 1.6dB. De aceea trebuie avut grija la proiectarea senzorilor din fibre optice care cer indoire si prelucrare la mandrina si la specificarea fibrelor pentru astfel de aplicatii.

Efectul unei microindoirii asupra propagarii luminii intr-o fibra optica e prezentat in fig. 5.

Fig.5. Raza unghiului de acceptanta.

O raza propagata in miez la un unghi mai mic decat cel critic e total reflectata inainte de a ajunge la o zona de fibra distorsionata de o mica imperfectiune. Prin reflexii succesive pe interfata miez-placaj e incidenta cu suprafata interfetei la un unghi mai mare decat unghiul critic astfel incat o parte din lumina e transmisa in placaj. Distorsiuni aleatorii ca aceasta, datorata imperfectiunilor interfetei miez-placaj sau indoirii ori fortelor de extensie exercitate in punctele de imprastiere in apropiere de interfata fibrei pot determina microindoiri in suprafata miezului ducand la pierderi cumulative substantiale. Astfel de pierderi prin distorsiune sunt de obicei de nedorit si daunator de exemplu in operatiile de cablare a fibrelor. Pe de alta parte,

microindoirea e folosita in senzorii optici ca un mecanism traductor, asa cum se va arata mai tarziu.

Ultima proprietate a fibrei optice luate in considerare este dispersia de viteza adica diferenta de viteza pe diferite portiuni ale luminii care poate sa se propage in miezul unei fibre particulare. Se va arata mai tarziu cum dispersia afecteaza direct comportamentul unor senzori optici specifici. Pentru acum, semnificatia dispersiei va fi ilustrata in termeni care arata cum afecteaza limitele largimii de banda in aplicatiile de comunicare.

In introducerea acestui capitol s-a evidentiat ca una dintre tintele designerilor de fibre optice este sa proiecteze o fibra care sa conserve informatia dintr-un fascicul luminos in timpul propagarii prin miez. Cand un impuls luminos e transmis printr-o fibra multimodala step-index, energia se va imparti in mai multe moduri diferite. Fiecare mod calatoreste cu o viteza particulara sau un sir de viteze si astfel pot ajunge la capatul fibrei la momente diferite in functie de viteza si de lungimea drumului parcurs. Evident aceasta contribuie la largirea impulsului si de fapt aceasta dispersie modala este principala sursa de largire a impulsului in fibrele multimodale step-index. Acest tip de dispersie e redus substantial in fibrele multimodale cu indice gradat in care (diferitele propagari m) timpii diferiti ai propagarilor modale sunt aproape egali uni cu altii si astfel variate portiuni ale unui impuls transmis ajung la capatul fibrei in acelasi timp desi viteza de propagare si traseul difera. In acest caz, totusi, urmatorul nivel inferior al efectelor largirii impulsului devine evident. Este ceea ce se numeste dispersie materiala sau cromatica ce apare datorita faptului ca viteza unei unde electromagnetice (luminoase) este de obicei functie de lungimea de unda in materialul dielectric. Daca o sursa optica emite un impuls de radiatie altfel decat monocromatica (cu o singura l) diferentele lungimii de unda prezente se vor propaga la viteze diferite si aceasta duce la largirea impulsului.

Efectele dispersiilor modale si materiale unde dispersia teoretic prevazuta, sau largirea impulsului exprimatacu o crestere de nanosecunde largirea impulsului pentru fiecare km parcurs in fibra e desenata ca o functie de AN pentru variate conditii de operare.

Doua tipuri de surse optice cu lungimea de undade 0.85mm sunt luate in considerare. Una este un laser de injectie emitand lumina cu o largime spectrala de 20 (variatie de l). Cealalta e o dioda emitenta de lumina (LED) cu largimea spectrala de 350

Rezultatele alaturate pot fi exprimate in termeni de largime de banda a semnalelor de modulatie care pot fi transmise de fibre. Capacitatile largimii de banda disponibile curent cu diferite tipuri de fibre sunt rezumate dupa cum urmeaza:

Comportament limitat al dispersiei modale.

Fibre cu indice in trepte - 30MHz-km

Fibre cu indice gradat :

- Grad de cercetare 1000MHz-km

- Grad de productie 400MHz-km

Comportament limitat al dispersiei materiale

Fibre cu indice gradat (0.85m

LED (largime spectrala 350) 150MHz-km

Laser (20) 2500MHz-km

Capacitatile sunt exprimate ca produs al celei mai mari frecvente modulatorii in MHz care poate fi aplicata (fara distrugeri excesive) inmultita cu lungimea fibrei in km. Astfel utilizand fibre multimodale cu indice gradat de buna calitate este posibil sa transmitem semnale cu componente de frecventa in plus de 16Hz prin fibre de lungimi de 1km sau in plus de 56Hz prin fibre de 200m si asa mai departe.

In fibrele unimodale dispersia modala si materiala sunt un factor important. In oxidul de siliciu SiO₂, principalul component al miezului si placajului celei mai bune sticle din fibre, curba indicelui de refractie ca functie de l optic are un minim la 1.3m ca in fig.2.18. Aici sunt alte doua tipuri de efecte de dispersie care apar de obicei cand sunt folosite fibre unimodale. Primul dintre ele se numeste dispersie de ghidaj care rezulta din variatia constantei de propagare, b, sau viteza undei, c/n efectiv cu modificari ale parametrilor V si astfel ale l

Un impuls ingust de lumina, prin natura sa consta intr-o banda de frecvente modulatorii si cu cat mai ingust e impulsul cu atat mai largit este spectrul frecventelor sale. Lumina cu l m in vid are n= 3*10¹⁴Hz. Daca este modulata pulsatil va produce impulsuri de largime 0.1ns , largimea de banda va depasi 10GHz ( 20GHz daca se aplica criteriul Nzquist). Viteza de propagare a unui astfel de impuls va fi definit ca maxim al invelisului definit ca viteza de grup V_g care e aratat ca e egala cu panta a curbelor modale. Un alt tip de dispersie sau variatie de viteza care poate afecta parcurgerea in fibrele unimodale se refera la dispersia de polarizare.