Kas ir šķiedru dispersija?Kā kompensēt dispersiju?
Kas ir šķiedru dispersija?
Šķiedru dispersija parāda ieejas signāla izplatīšanās stāvokli šķiedrā. Tas attiecas uz signāla kropļojumiem, ko izraisa dažādu frekvences komponentu vai dažādu optiskā signāla moduļu komponentu izplatīšanās dažādos ātrumos. Tas galvenokārt ietver trīs gadījumus: starpmodu dispersiju, hromances izkliedi un polarizācijas režīma dispersiju.
Intermodālā izkliede
Intermode izkliede ir signāla kropļošanas mehānisms, kas rodas daudzmodu šķiedrās un citos viļņvados. Daudzmodu šķiedrā gaismas stari, kas ieplūst šķiedrā ar dažādiem krišanas leņķiem, tiek definēti kā ceļš vai modelis. Tā kā katra režīma pārraides ceļš ir atšķirīgs, tā pārraides ātrums (ti, grupas ātrums) ir arī atšķirīgs, tāpēc pastāv laika atšķirība starp signāla pārraides režīmiem, lai sasniegtu optiskās šķiedras termināli. Kopumā dažas gaismas iet tieši caur serdi (aksiālā režīmā), bet citas atlec atpakaļ. un uz priekšu starp apšuvuma/serdes robežām un pārvietošanos zigzagā pa viļņvadu, kā parādīts tālāk redzamajā pakāpju indeksa daudzmodu šķiedrā. Fakts ir tāds, ka, tiklīdz gaisma tiek lauzta, notiek starprežīmu/režīmu izkliede. To vidū ir starprežīmu dispersija. ir pozitīvi korelēts ar pārraides ceļu, tas ir, starprežīmu izkliede, ko izraisa augstas pakāpes režīms (staru ieiet lielākā leņķī uz garāku attālumu), ir lielāka nekā zemā -pasūtīšanas režīms (stars ieiet mazākā leņķī uz mazāku attālumu).
1 Intermode dispersija pakāpju indeksa daudzmodu šķiedrās
Daudzmodu šķiedra vienlaikus var uzņemt līdz pat 17 staru izplatīšanās režīmiem, un tās starpmodu izkliede ir daudz augstāka nekā vienmoda šķiedrai. Tas ir tāpēc, ka vienmodu šķiedrām ir viens izplatīšanās režīms, ti, gaisma pārvietojas gar serdi (aksiāli). režīms), neatspoguļojot apšuvuma robežu, tāpēc nenotiek starpmodu izkliede. Taču, ja tiek izmantota gradēta indeksa daudzmodu šķiedra, situācija ir atšķirīga. Lai gan gaisma izplatās arī dažādos režīmos, jo šķiedras kodola refrakcijas indekss ir nevienmērīgs, gaismas staru ceļš ir nevis taisne, bet gan līkne, un mainās arī gaismas staru izplatīšanās ātrums. Tāpēc starprežīmu izkliedi var ievērojami samazināt, izvēloties atbilstošu refrakcijas indeksa sadalījumu.
Chroma dispersija
Hromances dispersija attiecas uz optisko impulsu paplašināšanos, ko izraisa dažādu viļņu garumu komponentu grupas dažādie ātrumi optiskajā šķiedrā, ieskaitot materiāla dispersiju un viļņvada dispersiju.
2 Hromanču dispersija
Materiāla izkliedi izraisa laušanas koeficienta atkarība no serdes materiāla viļņa garuma, savukārt viļņvada izkliedi rada režīma izplatīšanās konstantes atkarība no šķiedras parametriem (serdes rādiuss, refrakcijas koeficienta atšķirība starp serdi un apšuvums) un signāla viļņa garums.Noteiktās frekvencēs materiāla izkliede un viļņvada dispersija var viena otru izslēgt, tādējādi tiek iegūts viļņa garums, kas aptuveni atbilst 0 hroma dispersijai.Patiesībā krāsainības izkliede ne vienmēr ir kaitīga.Gaisma pārvietojas dažādos ātrumos dažādos viļņu garumos vai materiālos, izraisot gaismas impulsu paplašināšanos vai saspiešanu šķiedrā, kas ļauj pielāgot refrakcijas indeksa profilus, lai ražotu šķiedras dažādiem mērķiem. G.652 optiskā šķiedra ir viens piemērs.
Polarizācijas režīma dispersija
Polarizācijas režīma dispersija (PMD) atspoguļo gaismas viļņu izplatīšanās raksturlielumu atkarību no polarizācijas optiskajās šķiedrās. Faktiskajās optiskajās šķiedrās ir divi polarizācijas režīmi, kas ir perpendikulāri viens otram. Ideālā gadījumā abiem polarizācijas režīmiem vajadzētu būt vienādiem viļņu izplatīšanās raksturlielumiem, taču kopumā starp dažādiem polarizācijas režīmiem ir nelielas atšķirības. Tas ir saistīts ar temperatūras, spiediena un citu izplatīšanās procesa faktoru izmaiņām vai traucējumiem, kā rezultātā atšķiras divu polarizācijas režīmu pārraides ātrumi, kā rezultātā rodas laika aizkave un polarizācijas režīma izkliede.
3 Polarizācijas režīma dispersijas veidošanās
Polarizācijas režīma izkliedei ir maza ietekme uz tīkliem, kuru savienojuma ātrums ir mazāks par 2,5 Gbps, pat ja pārraides attālums ir lielāks par 1000 km. Tomēr, palielinoties pārraides ātrumam, īpaši, ja pārraides ātrums pārsniedz 10 Gbps, palielinās polarizācijas režīma izkliedes ietekme. dramatiski, un kļūst par šķiedras parametru, kuru nevar ignorēt.Polarizācijas režīma dispersiju galvenokārt ražo stikla ražošanas procesā, papildus optiskās šķiedras vadiem to ietekmēs uzstādīšanas un lietošanas vide un citi faktori.
Kā kompensēt izkliedi?
Lai gan šķiedru izkliede nemazina signālu, tā saīsina signāla izplatīšanās attālumu šķiedras iekšpusē un vienlaikus rada signāla kropļojumus. Piemēram, 1 nanosekundes gaismas impulsu raidīšanas galā var palielināt līdz 10 nanosekundēm. uztveršanas gala, izraisot signāla neizdošanos saņemt un pareizi dekodēt.Tāpēc ir ļoti svarīgi samazināt šķiedru izkliedi vai kompensēt to tālsatiksmes pārraides sistēmās, piemēram, blīvā viļņa garuma dalīšanas multipleksā (DWDM).Trīs plaši izmantotas dispersijas kompensācijas stratēģijas un metodes ir izklāstītas turpmāk.
Dispersijas kompensēta šķiedra
Izmantojot dispersijas kompensētās šķiedras (DCF) paņēmienu, negatīvo izkliedējošo šķiedru var pievienot parastajai šķiedrai. Salīdzinot ar parasto šķiedru, dispersijas vērtība ir ļoti liela, un dispersija ir pozitīva, kas nodrošina gaismas sadalījumu šajā. šķiedras veids samazinās vai pat izzūd. Pievienojot tai negatīvas dispersijas kompensācijas šķiedru, visas šķiedras līnijas kopējā izkliede var būt aptuveni nulle, lai nodrošinātu lielu ātrumu, lielu jaudu un tālsatiksmes sakarus. Dispersijas kompensācijas šķiedrai galvenokārt ir trīs kompensācijas mehānismi, tostarp priekškompensācija, pēckompensācija un simetrijas kompensācija. Dispersijas kompensācijas šķiedras tiek plaši izmantotas, lai uzlabotu šķiedru saites, kas uzstādītas pie 1310 nm, lai darbotos pie 1550 nm.
4 Trīs dispersijas kompensācijas mehānismi
Fiber Bragg režģis
Fiber Bragg režģis (FBG) ir atstarojoša ierīce, kas sastāv no šķiedras, kas var modulēt savu galveno refrakcijas indeksu noteiktā diapazonā. Tālajos pārraides sistēmās, piemēram, 100 km, šī ierīce var ievērojami samazināt izkliedes efektu. stars iet cauri šķiedras Braga režģim, modulācijas nosacījumam atbilstošais viļņa garums tiks atspoguļots, un pārējais viļņa garums turpinās tikt pārraidīts pa šķiedru caur Braga šķiedras režģi. Šķiedru Bragg režģa izmantošanai dispersijas kompensācijai ir lielas priekšrocības, jo Bragg šķiedrai režģi var integrēt ar citām pasīvās šķiedras ierīcēm, zems ievietošanas zudums un zemas izmaksas. Turklāt šķiedru Bragg režģi var izmantot ne tikai kā filtru dispersijas kompensācijai, bet arī kā sensoru, viļņa garuma stabilizatoru sūknējamiem lāzeriem un šaurjoslas WDM plus/mīnus filtrs.
Elektronu dispersijas kompensācija
Elektroniskā dispersijas kompensācija (EDC) ir metode, lai panāktu dispersijas kompensāciju optisko sakaru saitēs, izmantojot elektronisko filtrēšanu (pazīstama arī kā izlīdzināšana), tas ir, filtrēšanu sakaru kanālā, lai kompensētu pārraides vides izraisīto signāla vājināšanos. Elektroniskā dispersijas kompensācija parasti tiek realizēts ar šķērsenisko filtru, kura izvade ir aizkavētu ieeju sērijas svērtā summa. Tas var automātiski pielāgot filtra svaru atbilstoši saņemtā signāla īpašībām, tas ir, pašpielāgošanās. Elektronisko dispersijas kompensāciju var izmantot vienmoda šķiedru sistēmās un daudzmodu šķiedru sistēmās. Turklāt to var kombinēt ar citām funkcijām 10 Gbit/s uztvērēju integrālajām shēmām. Tas var ievērojami samazināt raidītāja izmaksas vienmoda šķiedru sistēmās, kā arī var palielināt pārraides attālumu daudzmodu šķiedru sistēmām ar nelieliem uztvērēja izmaksu zudumiem. .
Secinājums
Lai gan optisko šķiedru izkliede var daudzos veidos ietekmēt signāla izplatīšanos un pat izraisīt signāla kropļojumus, signāla pārraide optiskās šķiedras saitē nav pilnīgi nelabvēlīga. Patiesībā, ja tiek izmantota viļņu garuma dalīšanas multipleksēšana, noteiktu optisko šķiedru izkliedi var izmantot, lai mazinātu. Ja šķiedras dispersija ir pārāk liela, dispersijas kompensācijai var izvēlēties iepriekš minēto dispersijas kompensācijas šķiedru, šķiedru Bragg režģi, elektronu dispersijas kompensāciju un citas metodes.