Hva er fiberdispersjon?Hvordan kompensere spredning?
Hva er fiberdispersjon?
Fiberspredning viser forplantningstilstanden til inngangssignalet i fiberen. Det refererer til signalforvrengning forårsaket av forplantning av forskjellige frekvenskomponenter eller forskjellige moduskomponenter av det optiske signalet ved forskjellige hastigheter. Det inkluderer hovedsakelig tre tilfeller: intermode-spredning, krominansspredning og polarisasjonsmodusspredning.
Intermodal spredning
Intermode dispersjon er en signalforvrengningsmekanisme som oppstår i multimode fibre og andre bølgeledere.I en multimode fiber, er lysstråler som kommer inn i fiberen ved forskjellige innfallsvinkler definert som en bane eller et mønster. Ettersom overføringsbanen til hver modus er forskjellig, overføringshastighet (dvs. gruppehastighet) er også forskjellig, så det er en tidsforskjell mellom signaloverføringsmodusene for å nå den optiske fiberterminalen. Generelt passerer noe lys direkte gjennom kjernen (i aksial modus), mens andre spretter tilbake og frem mellom kledning/kjernegrenser og bevegelsessikksakk langs bølgelederen, som vist i trinnindeksen multimode fiber nedenfor. Faktum er at så snart lys brytes, oppstår intermode/mode dispersjon. Blant dem, inter-mode dispersjon er positivt korrelert med overføringsbanen, det vil si at spredningen mellom modus forårsaket av høyordensmodusen (strålen kommer inn i en større vinkel over en lengre avstand) er høyere enn den som forårsakes av den lave -ordre-modus (strålen kommer inn i en mindre vinkel for en kortere avstand).
1 Intermode dispersjon i trinnindeks multimode fibre
Multimodusfiber kan romme opptil 17 stråleutbredelsesmoduser samtidig, og dens intermodusspredning er mye høyere enn for enkeltmodusfiber. Dette er fordi enkeltmodusfibre har en enkelt forplantningsmodus, dvs. lys beveger seg langs kjernen (aksialt). modus) uten å reflektere fra kledningsgrensen, så det oppstår ingen intermode-spredning.Men hvis en gradert indeks multimodusfiber brukes, er situasjonen annerledes.Selv om lys også forplanter seg i forskjellige moduser, på grunn av den ujevne brytningsindeksen til fiberkjernen, banen til lysstråler er ikke en rett linje, men en kurve, og lysstrålenes forplantningshastighet endres også. Derfor kan spredningen mellom modusene reduseres kraftig ved å velge den passende brytningsindeksfordelingen.
Kromdispersjon
Krominansspredning refererer til utvidelsen av optiske pulser forårsaket av de forskjellige gruppehastighetene til forskjellige bølgelengdekomponenter i den optiske fiberen, inkludert materialspredning og bølgelederdispersjon.
2 Krominansspredning
Materialspredningen er forårsaket av brytningsindeksens avhengighet av bølgelengden til kjernematerialet, mens bølgelederspredningen er forårsaket av avhengigheten av modusutbredelseskonstanten på fiberparametrene (kjerneradius, forskjellen i brytningsindeks mellom kjernen og kledningen) og signalbølgelengden. Ved visse frekvenser kan materialspredning og bølgelederdispersjon oppheve hverandre, slik at det oppnås en bølgelengde som tilnærmer 0 krominansspredning. Faktisk er ikke krominansspredning alltid skadelig. Lys beveger seg ved forskjellige hastigheter i forskjellige bølgelengder eller materialer, noe som fører til at lyspulser utvides eller komprimeres i fiberen, noe som gjør det mulig å tilpasse brytningsindeksprofiler for å produsere fibre til forskjellige formål. Den optiske fiberen G.652 er ett eksempel.
Spredning av polarisasjonsmodus
Polariseringsmodusdispersjon (PMD) gjenspeiler polarisasjonsavhengigheten til forplantningsegenskapene til lysbølger i optiske fibre. I faktiske optiske fibre er det to polarisasjonsmoduser som er vinkelrett på hverandre. Ideelt sett bør de to polarisasjonsmodusene ha samme bølgeutbredelseskarakteristikk, men generelt er det subtile forskjeller mellom forskjellige polarisasjonsmoduser. Dette skyldes endring eller forstyrrelse av temperatur, trykk og andre faktorer i forplantningsprosessen, noe som resulterer i forskjellige overføringshastigheter for de to polarisasjonsmodusene, noe som resulterer i tidsforsinkelse og polarisasjonsmodusspredning.
3 Dispersjonsdannelse i polarisasjonsmodus
Spredning av polarisasjonsmodus har liten effekt på nettverk med koblingshastigheter under 2,5 Gbps, selv om overføringsavstanden er større enn 1000 km. Med økningen i overføringshastigheten, spesielt når overføringshastigheten overstiger 10 Gbps, øker imidlertid påvirkningen av spredningen i polarisasjonsmodus. dramatisk, og blir en fiberparameter som ikke kan ignoreres. Polariseringsmodusspredning produseres hovedsakelig i prosessen med glassproduksjon, i tillegg til ledninger for optisk fiber, vil installasjons- og bruksmiljøet og andre faktorer påvirke det.
Hvordan kompensere spredning?
Selv om fiberspredning ikke svekker signalet, forkorter den forplantningsavstanden til signalet inne i fiberen og forårsaker samtidig signalforvrengning. For eksempel kan en lyspuls på 1 nanosekund ved sendeenden utvides til 10 nanosekunder ved mottakende ende, noe som fører til at signalet ikke blir mottatt og dekodet riktig. Derfor er det svært viktig å redusere fiberspredning eller kompensere for det i langdistanseoverføringssystemer som tett bølgelengdedelingsmultipleksing (DWDM). Tre vanlige strategier for spredningskompensasjon og metoder er introdusert nedenfor.
Dispersjonskompensert fiber
Ved å bruke teknikken med dispersjonskompensert fiber (DCF) kan den negative dispersive fiberen legges til den konvensjonelle fiberen. Sammenlignet med den konvensjonelle fiberen er dispersjonsverdien veldig stor, og dispersjonen er positiv, noe som gjør lysfordelingen i denne type fiber redusere eller til og med forsvinne. Ved å legge til negativ spredningskompensasjonsfiber til den, kan den totale spredningen av hele fiberlinjen være omtrent null, for å oppnå høy hastighet, stor kapasitet og langdistansekommunikasjon.Dispersjonskompensasjonsfiber har hovedsakelig tre kompensasjonsmekanismer, inkludert forhåndskompensasjon, etterkompensering og symmetrikompensasjon. Dispersjonskompensasjonsfibre er mye brukt for å oppgradere fiberkoblinger installert ved 1310 nm for å operere ved 1550 nm.
4 Tre spredningskompensasjonsmekanismer
Fiber Bragg rist
Fiber Bragg-gitter (FBG) er en refleksjonsenhet som består av fiber, som kan modulere kjernebrytningsindeksen innenfor et visst område. I langdistanseoverføringssystemer som 100 km, kan spredningseffekten reduseres betydelig av denne enheten. stråle passerer gjennom fiber-Bragg-gitteret, bølgelengden som møter modulasjonsbetingelsen vil bli reflektert, og resten av bølgelengden vil fortsette å bli overført langs fiberen gjennom fiber-Bragg-risten. Bruk av fiber-Bragg-gitter for spredningskompensasjon har store fordeler, fordi fiber-Bragg gitter kan integreres med andre passive fiberenheter, lavt innsettingstap og lave kostnader.I tillegg kan fiber Bragg-gitter brukes ikke bare som et filter for spredningskompensasjon, men også som en sensor, en bølgelengdestabilisator for pumpede lasere, og en smalbånds WDM pluss/minus filter.
Elektronspredningskompensasjon
Elektronisk spredningskompensasjon (EDC) er en metode for å oppnå spredningskompensasjon i optiske kommunikasjonsforbindelser ved bruk av elektronisk filtrering (også kjent som utjevning), det vil si filtrering i kommunikasjonskanalen for å kompensere for signaldempning forårsaket av overføringsmediet.Den elektroniske spredningskompensasjonen realiseres vanligvis av tverrfilteret, hvis utgang er den vektede summen av en serie forsinkede innganger. Den kan automatisk justere filtervekten i henhold til egenskapene til det mottatte signalet, det vil si selvtilpasning. Elektronisk spredningskompensasjon kan brukes i enkeltmodusfibersystemer og multimodusfibersystemer. I tillegg kan den kombineres med andre funksjoner for 10Gbit/s mottaker integrerte kretser. Det kan redusere senderkostnadene i enkeltmodusfibersystemer betydelig, og kan også øke overføringsavstanden til multimodusfibersystemer med små mottakerkostnadstap. .
Konklusjon
Selv om optisk fiberspredning kan påvirke signalutbredelsen på mange måter, og til og med forårsake signalforvrengning, er det ikke helt ugunstig å signaloverføring i optisk fiberlink. Faktisk, når bølgelengdedelingsmultipleksing brukes, kan viss optisk fiberspredning brukes for å dempe den ikke-lineære effekten. Når spredningen av fiberen er for stor, kan den ovennevnte dispersjonskompensasjonsfiberen, fiber Bragg-gitteret, elektrondispersjonskompensasjon og andre metoder velges for spredningskompensasjon.