Как бороться с хроматической дисперсией в оптической связи?

Более 300 лет назад солнечным днем ​​Ньютон выложил такую ​​игру.

Рисунок 1: Преломление света призмой

Он позволил солнцу сиять на призме. Пройдя через призму, свет растянулся в виде ленты, состоящей из красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, синего и фиолетового света, и проецировался на занавеску в комнате. Таким образом, кажущийся прозрачным солнечный свет сквозь призму превращается в невероятную цветовую полосу.

После этого Ньютон открыл в середине занавески вертикальную щель и поставил за занавеской вторую призму и вторую занавеску. Он повернул первую призму и поочередно спроецировал семь лент в щели первой занавески, а затем через вторую призму спроецировал их на вторую занавеску. Произошло чудо — свет разделился на множество отдельных цветов и подавался на второй занавес. Схема показана ниже:

Рисунок 2: второе преломление света

Ньютон использовал призму, чтобы раскрыть тайну: свет можно рассеять! Это то, что мы сейчас называем хроматической дисперсией света.

хроматический возникает дисперсия?

В эксперименте с треугольной призмой солнечный свет (составной свет) попадает в стекло из воздуха, а затем входит в воздух из другого стекла, преломляясь дважды. Известно, что все стремится к прибыли. Когда происходит преломление, свет выбирает кратчайший путь и движется вперед, минимизируя потери энергии. Из эксперимента с призмой Ньютона мы знаем, что составной свет состоит из множества одиночных огней разных цветов. Эти источники света имеют разные длины волн, и энергия разных длин волн света неравномерна. Света с разной длиной волны также имеют различия в выборе пути после преломления, поэтому они «разошлись» после выхода из призмы.

Итак, почему свет рассеивается? Оказывается, именно длины волн света вызывают хроматическую дисперсию. Различные длины волн света имеют разные показатели преломления и разные скорости распространения (пути) в разных средах, что неизбежно приведет к дисперсионному распространению света и образованию дисперсии.

Дисперсия света показывает, что скорость распространения света в среде тесно связана с показателем преломления. Чем больше показатель преломления, тем меньше скорость света. Вот формула:

V=C/N, C — скорость распространения света в вакууме (постоянная 300,000 XNUMX км/с); N — показатель преломления среды по отношению к свету.

Эффект хроматический дисперсия

Хотя дисперсия может привести нас к красочному миру, дисперсия не так прекрасна в области коммуникации. Хроматическая дисперсия является одним из важных факторов, приводящих к потерям при передаче оптического сигнала по оптоволокну. Это связано с тем, что показатель преломления света вызывает дисперсию, а дисперсия заставляет оптический импульс генерировать межсимвольные помехи, что приводит к уширению на выходе.

Что такое расширение?

Уширение — это увеличение ширины спектра света с разными длинами волн в среде из-за разных показателей преломления, что приводит к разным скоростям распространения. Другими словами, при прохождении луча света в среде некоторые световые волны имеют большой показатель преломления, что серьезно отклоняется от ВПП.

Некоторые световые волны имеют малый показатель преломления, и хотя они кривые, но могут двигаться в заданном направлении. Дисгармония световых волн приводит к тому, что ширина этого луча света становится больше, чем она была до входа в среду, что приводит к расширению.

В случае хроматической дисперсии чем больше расстояние передачи оптического сигнала, тем серьезнее распространение. Результатом является искажение сигнала и ухудшение характеристик битовых ошибок, что серьезно влияет на качество передачи информации. Как избежать влияния дисперсии на общение?

Как избежать влияния хроматический дисперсия?

После длительного периода исследований и исследований люди нашли метод компенсации, чтобы сбалансировать потерю рассеивания. Технология волокна с компенсацией дисперсии (DCF) является широко признанным методом компенсации дисперсии среди различных методов.

В обычной одномодовой волоконной системе волокно имеет высокую положительную дисперсию на рабочей длине волны 1550 нм. Характеристика положительной дисперсии: с увеличением длины волны показатель преломления постепенно уменьшается. В эти волокна необходимо добавить отрицательную дисперсию для компенсации, чтобы суммарная дисперсия всей волоконной линии была примерно нулевой. Волокно с компенсацией дисперсии (DCF) — это новый тип одномодового волокна, в основном предназначенный для длины волны 1550 нм. DCF имеет высокую отрицательную дисперсию на 1550 нм (отрицательная дисперсия имеет свойства, противоположные положительной дисперсии) и может использоваться для компенсации дисперсии в одномодовых волоконных системах. Как показано на рисунке ниже, сумма компенсированной положительной и отрицательной дисперсии приближается к нулю на длине волны 1550 нм.

Рисунок 3: Схематическая диаграмма компенсации дисперсии DCF

Ниже представлена ​​формула для DCF применительно к одномодовому волокну:

D( λs)L + Dc(λs)L c=0

D( λ s) – коэффициент дисперсии одномодового волокна на рабочей длине волны λ s;

Dc( λ s) – коэффициент дисперсии DCF на рабочей длине волны λ s.

L и LC — длины обычного одномодового волокна и DCF соответственно.

В практических приложениях DCF и одномодовое волокно соединяются последовательно в линии передачи, чтобы компенсировать положительную дисперсию одномодового волокна на 1550 нм. При этом расстояние ретрансляции увеличивается, а потери уменьшаются, и может быть достигнута высокоскоростная связь с большой емкостью и связью на большие расстояния. Как показано ниже:

Рисунок 4: DCF и одномодовое волокно соединены последовательно

ДКФ имеет следующие преимущества:

• Эффект компенсации замечательный, система работает стабильно;
• Простое в эксплуатации, компенсационное волокно может быть напрямую подключено к системе передачи для реализации компенсации;
• Величина компенсации дисперсии управляется по запросу и может регулироваться в соответствии с фактической величиной компенсации, требуемой системой передачи.

Чем дольше оптический сигнал проходит по линии передачи, тем больше будут возникать другие потери, например затухание в линии. Необходимо рассмотреть возможность использования EDFA (усилитель волокна, легированного эрбием), чтобы избежать затухания в линии.