Što je disperzija vlakana? Kako kompenzirati disperziju?
Što je disperzija vlakana?
Disperzija vlakna pokazuje stanje širenja ulaznog signala u vlaknu. Odnosi se na izobličenje signala uzrokovano širenjem različitih frekvencijskih komponenti ili različitih komponenata načina optičkog signala pri različitim brzinama. Uglavnom uključuje tri slučaja: međumodnu disperziju, disperziju boje i disperziju polarizacijskog načina.
Intermodalna disperzija
Intermodna disperzija je mehanizam izobličenja signala koji se javlja u višemodnim vlaknima i drugim valovodima. U višemodnim vlaknima, svjetlosne zrake koje ulaze u vlakno pod različitim upadnim kutovima definirane su kao put ili uzorak. Budući da je put prijenosa svakog moda različit, njegova brzina prijenosa (tj. grupna brzina) također je različita, tako da postoji vremenska razlika između načina prijenosa signala do terminala optičkog vlakna. Općenito, neka svjetlost prolazi izravno kroz jezgru (u aksijalnom načinu), dok se druga odbija natrag i naprijed između granica omotača/jezgre i putuju cik-cak duž valovoda, kao što je prikazano u višemodnom vlaknu s indeksom koraka u nastavku. Činjenica je da čim se svjetlost prelomi, dolazi do disperzije između modova i modova. Među njima, disperzija među modovima je u pozitivnoj korelaciji s prijenosnim putem, to jest, disperzija među modovima uzrokovana modom visokog reda (zraka ulazi pod većim kutom za veću udaljenost) veća je od one uzrokovane niskim -način reda (zraka ulazi pod manjim kutom za kraću udaljenost).
1 Intermodna disperzija u višemodnim vlaknima s indeksom koraka
Višemodno vlakno može prihvatiti do 17 načina širenja zraka u isto vrijeme, a njegova međumodna disperzija mnogo je veća nego kod jednomodnog vlakna. To je zato što jednomodna vlakna imaju jedan način širenja, tj. svjetlost putuje duž jezgre (aksijalno način) bez refleksije od granice omotača, tako da ne dolazi do intermodne disperzije. Međutim, ako se koristi višemodno vlakno s stupnjevanim indeksom, situacija je drugačija. Iako se svjetlost također širi u različitim modovima, zbog nejednakog indeksa loma jezgre vlakna, put svjetlosnih zraka nije pravac nego krivulja, a mijenja se i brzina prostiranja svjetlosnih zraka. Stoga se disperzija između modova može znatno smanjiti odabirom odgovarajuće distribucije indeksa loma.
Kromna disperzija
Disperzija boje odnosi se na širenje optičkih impulsa uzrokovano različitim grupnim brzinama različitih komponenti valnih duljina u optičkom vlaknu, uključujući disperziju materijala i disperziju valovoda.
2 Disperzija boje
Disperzija materijala uzrokovana je ovisnošću indeksa loma o valnoj duljini materijala jezgre, dok je disperzija valovoda uzrokovana ovisnošću konstante širenja moda o parametrima vlakna (polumjer jezgre, razlika u indeksu loma između jezgre i vlakna). obloga) i valne duljine signala. Na određenim frekvencijama, disperzija materijala i disperzija valovoda mogu se poništiti, tako da se dobije valna duljina približna 0 disperziji boje. Zapravo, disperzija boje nije uvijek štetna. Svjetlost putuje pri različitim brzinama u različitim valnim duljinama ili materijalima, uzrokujući širenje ili komprimiranje svjetlosnih impulsa u vlaknu, što omogućuje prilagodbu profila indeksa loma za proizvodnju vlakana za različite namjene. G.652 optičko vlakno jedan je primjer.
Disperzija polarizacijskog moda
Disperzija polarizacijskog načina (PMD) odražava ovisnost o polarizaciji karakteristika širenja svjetlosnih valova u optičkim vlaknima. U stvarnim optičkim vlaknima postoje dva polarizacijska načina koji su okomiti jedan na drugi. U idealnom slučaju, dva načina polarizacije trebala bi imati iste karakteristike širenja valova, ali općenito, postoje suptilne razlike između različitih načina polarizacije. To je zbog promjene ili poremećaja temperature, tlaka i drugih čimbenika u procesu širenja, što rezultira različitim brzine prijenosa dva polarizacijska načina, što rezultira vremenskim kašnjenjem i disperzijom polarizacijskog načina.
3 Formiranje disperzije polarizacijskog moda
Disperzija načina polarizacije ima mali učinak na mreže s brzinama veze ispod 2,5 Gbps, čak i ako je udaljenost prijenosa veća od 1000 km. Međutim, s povećanjem brzine prijenosa, osobito kada brzina prijenosa premašuje 10 Gbps, utjecaj disperzije načina polarizacije raste dramatično, i postaje parametar vlakana koji se ne može zanemariti. Disperzija polarizacijskog načina uglavnom se proizvodi u procesu proizvodnje stakla, uz ožičenje optičkih vlakana, okruženje instalacije i korištenja i drugi čimbenici će utjecati na to.
Kako kompenzirati disperziju?
Iako disperzija vlakana ne slabi signal, ona skraćuje udaljenost širenja signala unutar vlakna i istodobno uzrokuje izobličenje signala. Na primjer, svjetlosni puls od 1 nanosekunde na kraju odašiljanja može se proširiti na 10 nanosekundi na kraju primateljskom kraju, uzrokujući da se signal ne primi i ispravno dekodira. Stoga je vrlo važno smanjiti disperziju vlakana ili je kompenzirati u sustavima prijenosa na velike udaljenosti kao što je multipleksiranje guste valne duljine (DWDM). Tri često korištene strategije kompenzacije disperzije a metode su predstavljene u nastavku.
Vlakna s kompenziranom disperzijom
Koristeći tehniku vlakana s kompenziranom disperzijom (DCF), vlakno s negativnom disperzijom može se dodati konvencionalnom vlaknu. U usporedbi s konvencionalnim vlaknom, vrijednost disperzije je vrlo velika, a disperzija pozitivna, što čini distribuciju svjetlosti u ovom vrste vlakana smanjiti ili čak nestati. Dodavanjem vlakana s kompenzacijom negativne disperzije, ukupna disperzija cijele linije vlakana može biti približno nula, kako bi se ostvarila velika brzina, veliki kapacitet i komunikacija na velike udaljenosti. Vlakno s kompenzacijom disperzije uglavnom ima tri mehanizmi kompenzacije, uključujući kompenzaciju prije, kompenzaciju nakon i kompenzaciju simetrije. Vlakna za kompenzaciju disperzije naširoko se koriste za nadogradnju optičkih veza instaliranih na 1310 nm za rad na 1550 nm.
4 Tri mehanizma kompenzacije disperzije
Braggova rešetka od vlakana
Fiber Bragg Grating (FBG) je uređaj za refleksiju sastavljen od vlakana, koji može modulirati indeks loma svoje jezgre unutar određenog raspona. U sustavima prijenosa na velike udaljenosti kao što je 100 km, ovaj uređaj može značajno smanjiti učinak disperzije. zraka prolazi kroz vlaknastu Braggovu rešetku, valna duljina koja zadovoljava uvjet modulacije će se reflektirati, a ostatak valne duljine će se nastaviti prenositi duž vlakna kroz vlaknastu Braggovu rešetku. Korištenje vlaknaste Braggove rešetke za kompenzaciju disperzije ima velike prednosti, jer vlakno Braggovo rešetka se može integrirati s drugim uređajima s pasivnim vlaknima, malim unesenim gubitkom i niskom cijenom. Osim toga, vlaknasta Braggova rešetka može se koristiti ne samo kao filtar za kompenzaciju disperzije, već i kao senzor, stabilizator valne duljine za pumpane lasere i uskopojasni WDM plus/minus filter.
Kompenzacija disperzije elektrona
Elektronička kompenzacija disperzije (EDC) metoda je za postizanje kompenzacije disperzije u optičkim komunikacijskim vezama pomoću elektroničkog filtriranja (također poznatog kao izjednačavanje), odnosno filtriranja u komunikacijskom kanalu radi kompenzacije slabljenja signala uzrokovanog prijenosnim medijem. Elektronička kompenzacija disperzije obično se realizira poprečnim filtrom, čiji je izlaz ponderirani zbroj niza odgođenih ulaza. Može automatski prilagoditi težinu filtra prema karakteristikama primljenog signala, to jest, samoprilagođavanje. Elektronička kompenzacija disperzije može se koristiti u sustavima jednomodnih vlakana i sustavima višemodnih vlakana. Osim toga, može se kombinirati s drugim značajkama za integrirane krugove prijamnika od 10 Gbit/s. Može značajno smanjiti trošak odašiljača u sustavima s jednomodnim vlaknima, a također može povećati udaljenost prijenosa sustava s višemodnim vlaknima s malim gubicima troškova prijamnika .
Zaključak
Iako disperzija optičkih vlakana može utjecati na širenje signala na mnoge načine, pa čak i uzrokovati izobličenje signala, nije potpuno nepovoljno za prijenos signala u vezi optičkih vlakana. Zapravo, kada se koristi multipleksiranje valne duljine, određena disperzija optičkih vlakana može se koristiti za ublažavanje nelinearni učinak. Kada je disperzija vlakna prevelika, za kompenzaciju disperzije mogu se odabrati gore navedena vlakna za kompenzaciju disperzije, Braggovu rešetku vlakana, kompenzaciju disperzije elektrona i druge metode.