كيف تتعامل مع التشتت اللوني في الاتصال البصري؟

منذ أكثر من 300 عام ، في ظهيرة مشمس ، وضع نيوتن مثل هذه اللعبة.

الشكل 1: انكسار الضوء بواسطة المنشور

ترك الشمس تشرق على المنشور. بعد اختراق المنشور ، انتشر الضوء في شريط مكون من الضوء الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والأزرق والأرجواني ، وتم عرضه على ستارة في الغرفة. بهذه الطريقة ، يتغير ضوء الشمس الذي يبدو شفافًا إلى نطاق ألوان مذهل عبر المنشور.

بعد ذلك ، فتح نيوتن شقًا رأسيًا في منتصف الستارة ووضع منشورًا ثانيًا وستارة أخرى خلف الستارة. أدار المنشور الأول وأسقط الشرائط السبعة في شقوق الستارة الأولى بدوره ، ثم أسقطها على الستارة الثانية من خلال المنشور الثاني. حدثت معجزة - تم فصل الضوء إلى مجموعة متنوعة من الألوان الفردية وتم عرضه على الستارة الثانية. يظهر التخطيطي أدناه:

الشكل 2: الانكسار الثاني للضوء

استخدم نيوتن المنشور لكشف لغز: الضوء يمكن تشتيته! هذا ما نسميه الآن التشتت اللوني للضوء.

كيف لوني ينشأ تشتت؟

في تجربة المنشور الثلاثي ، يدخل ضوء الشمس (الضوء المركب) الزجاج من الهواء ، ثم يدخل الهواء من زجاج آخر ينكسر مرتين. من المعروف أن كل شيء يميل إلى البحث عن الربح. عند حدوث الانكسار ، سيختار الضوء أقصر طريق ويتحرك للأمام مع تقليل فقد الطاقة. من تجربة نيوتن المنشورية ، نعلم أن الضوء المركب يتكون من العديد من الأضواء الفردية ذات الألوان المختلفة. هذه الأضواء لها أطوال موجية مختلفة ، وطاقة الأطوال الموجية المختلفة للضوء غير متساوية. تحتوي الأضواء ذات الأطوال الموجية المختلفة أيضًا على اختلافات في كيفية اختيار المسار بعد الانكسار ، لذلك فهي "طرق مفترقة" بعد الخروج من المنشور.

إذن ، لماذا يتشتت الضوء؟ اتضح أن الأطوال الموجية للضوء هي التي تسبب التشتت اللوني. الأطوال الموجية المختلفة للضوء لها مؤشرات انكسار مختلفة وسرعات انتشار مختلفة (مسارات) في وسائط مختلفة ، مما سيؤدي حتمًا إلى انتشار الضوء بشكل مشتت ، ويتشكل التشتت.

يوضح تشتت الضوء أن سرعة انتشار الضوء في الوسط لها علاقة كبيرة بمؤشر الانكسار. كلما زاد معامل الانكسار ، قلت سرعة الضوء. ها هي الصيغة:

V = C / N ، C هي سرعة انتشار الضوء في الفراغ (ثابت عند 300,000 كم / ثانية) ؛ N هو معامل الانكسار بين المتوسط ​​والضوء.

تأثير لوني تشتت

على الرغم من أن التشتت يمكن أن يقودنا إلى عالم ملون ، إلا أن التشتت ليس جميلًا في مجال الاتصال. يعد التشتت اللوني أحد العوامل المهمة التي تؤدي إلى الخسارة أثناء نقل الإشارات الضوئية في الألياف الضوئية. وذلك لأن معامل الانكسار للضوء يسبب التشتت ، ويؤدي التشتت إلى توليد النبض البصري تداخلاً بين الرموز ، مما يؤدي إلى الاتساع عند نهاية الخرج.

ما هي تفاصيل توسيع?

التوسيع هو زيادة العرض الطيفي للضوء بأطوال موجية مختلفة في الوسط بسبب مؤشرات الانكسار المختلفة التي تؤدي إلى سرعات انتشار مختلفة. بعبارة أخرى ، عندما ينتقل شعاع من الضوء في وسط ، فإن بعض موجات الضوء يكون لها مؤشر انكسار كبير ، والذي ينحرف بشكل خطير عن المدرج.

بعض موجات الضوء لها معامل انكسار صغير ، وعلى الرغم من أنها معوجة ، إلا أنها يمكن أن تتحرك في اتجاه معين. يؤدي تنافر موجات الضوء إلى أن يكون عرض شعاع الضوء هذا أكبر مما كان عليه قبل دخوله الوسط ، مما يؤدي إلى اتساعه.

في حالة التشتت اللوني ، كلما زادت مسافة إرسال الإشارة الضوئية ، زاد انتشارها. والنتيجة هي تشويه الإشارة وتدهور في أداء معدل الخطأ في البتات ، مما يؤثر بشدة على جودة نقل المعلومات. كيف نتجنب تأثير التشتت على التواصل؟

كيف نتجنب تأثير لوني تشتت؟

بعد فترة طويلة من الاستكشاف والبحث ، وجد الناس طريقة تعويض لموازنة فقدان التشتت. تقنية ألياف تعويض التشتت (DCF) هي طريقة معترف بها للغاية لتعويض التشتت من بين طرق مختلفة.

في نظام ألياف أحادي النمط شائع ، تتميز الألياف بتشتت إيجابي عالي بطول موجة تشغيل يبلغ 1550 نانومتر. خاصية التشتت الإيجابي: كلما زاد الطول الموجي ، يتناقص معامل الانكسار تدريجياً. من الضروري إضافة تشتت سلبي في هذه الألياف للتعويض لضمان أن يكون التشتت الكلي لخط الألياف بأكمله صفرًا تقريبًا. الألياف المعوضة للتشتت (DCF) نوع جديد من الألياف أحادية الوضع مصممة بشكل أساسي لطول موجة يبلغ 1550 نانومتر. يحتوي DCF على تشتت سلبي مرتفع عند 1550 نانومتر (التشتت السلبي له صفات معاكسة للتشتت الإيجابي) ويمكن استخدامه لتعويض التشتت في أنظمة الألياف أحادية الوضع. كما هو مبين في الشكل أدناه ، فإن مجموع التشتت الإيجابي والسلبي المعوض يقترب من الصفر عند 1550 نانومتر.

الشكل 3: رسم تخطيطي لتعويض تشتت DCF

فيما يلي معادلة DCF المطبقة على الألياف أحادية الوضع:

د (λs) L + Dc (λs) L ج = 0

D (λ s) هو معامل التشتت للألياف أحادية النمط عند طول موجة العمل λ s ؛

Dc (λ s) هو معامل تشتت DCF عند طول موجة التشغيل λ s.

L و LC هما أطوال الألياف التقليدية أحادية الوضع و DCF ، على التوالي.

في التطبيقات العملية ، يتم توصيل DCF والألياف أحادية الوضع في سلسلة في خط النقل للتعويض عن التشتت الإيجابي للألياف أحادية الوضع عند 1550 نانومتر. عند القيام بذلك ، يتم تمديد مسافة الترحيل وتقليل الخسارة ، ويمكن تحقيق اتصالات عالية السرعة ، وسعة كبيرة ، وبعيدة المدى. كما هو مبين أدناه:

الشكل 4: يتم توصيل DCF والألياف أحادية الوضع في سلسلة

يتمتع DCF بالمزايا التالية:

• تأثير التعويض ملحوظ ، والنظام يعمل بثبات ؛
• سهل التشغيل ، يمكن توصيل ألياف التعويض مباشرة بنظام النقل لتحقيق التعويض ؛
• يمكن التحكم في مقدار تعويض التشتت عند الطلب ويمكن تعديله وفقًا لمبلغ التعويض الفعلي الذي يتطلبه نظام النقل

عندما تنتقل الإشارة الضوئية لفترة أطول على خط النقل ، ستحدث خسائر أخرى ، مثل توهين الخط. من الضروري النظر في استخدام EDFA (مضخم الألياف المشبعة بالإربيوم) لتجنب توهين الخط.