Hvad er fiberdispersion?Hvordan kompenserer man for spredning?
Hvad er fiberdispersion?
Fiberspredning viser udbredelsestilstanden af inputsignalet i fiberen. Det refererer til signalforvrængning forårsaget af udbredelsen af forskellige frekvenskomponenter eller forskellige tilstandskomponenter af det optiske signal ved forskellige hastigheder. Det omfatter hovedsageligt tre tilfælde: intermode dispersion, krominans dispersion og polarisation mode dispersion.
Intermodal spredning
Intermode dispersion er en signalforvrængningsmekanisme, der forekommer i multimode fibre og andre bølgeledere. I en multimode fiber er lysstråler, der kommer ind i fiberen ved forskellige indfaldsvinkler, defineret som en vej eller et mønster. Da transmissionsvejen for hver tilstand er forskellig, transmissionshastigheden (dvs. gruppehastigheden) er også forskellig, så der er en tidsforskel mellem signaltransmissionstilstandene for at nå den optiske fiberterminal. Generelt passerer noget lys direkte gennem kernen (i aksial tilstand), mens andet hopper tilbage og frem mellem beklædning/kernegrænser og rejse zigzag langs bølgelederen, som vist i trinindekset multimode fiber nedenfor. Faktum er, at så snart lys brydes, opstår der intermode/mode spredning. Blandt dem er inter-mode spredning er positivt korreleret med transmissionsvejen, det vil sige, at spredningen mellem tilstande forårsaget af højordenstilstanden (strålen kommer ind i en større vinkel over en længere afstand) er højere end den, der forårsages af den lave -ordre mode (strålen kommer ind i en mindre vinkel for en kortere afstand).
1 Intermode dispersion i step-index multimode fibre
Multimode fiber kan rumme op til 17 stråleudbredelsestilstande på samme tid, og dens intermode spredning er meget højere end for single mode fiber. Dette skyldes, at enkeltmode fibre har en enkelt udbredelsestilstand, dvs. lys bevæger sig langs kernen (aksialt). tilstand) uden at reflektere fra beklædningsgrænsen, så der opstår ingen intermode-spredning. Men hvis der anvendes en multimode fiber med graderet indeks, er situationen anderledes. Selvom lys også forplanter sig i forskellige tilstande, på grund af fiberkernens ujævne brydningsindeks, lysstrålernes vej er ikke en lige linje, men en kurve, og lysstrålernes udbredelseshastighed ændres også. Derfor kan inter-mode-spredningen reduceres kraftigt ved at vælge den passende brydningsindeksfordeling.
Chroma dispersion
Krominansspredning refererer til udvidelsen af optiske impulser forårsaget af de forskellige gruppehastigheder af forskellige bølgelængdekomponenter i den optiske fiber, herunder materialespredning og bølgelederdispersion.
2 Krominansspredning
Materialespredningen er forårsaget af brydningsindeksets afhængighed af kernematerialets bølgelængde, mens bølgelederdispersionen er forårsaget af afhængigheden af modusudbredelseskonstanten af fiberparametrene (kerneradius, forskellen i brydningsindeks mellem kernen og beklædningen) og signalbølgelængden. Ved visse frekvenser kan materialespredning og bølgelederdispersion udligne hinanden, så der opnås en bølgelængde, der tilnærmer sig 0 krominansspredning. Faktisk er krominansspredning ikke altid skadelig.Lys bevæger sig ved forskellige hastigheder i forskellige bølgelængder eller materialer, hvilket får lysimpulser til at blive udvidet eller komprimeret i fiberen, hvilket gør det muligt at tilpasse brydningsindeksprofiler til at producere fibre til forskellige formål. Den optiske G.652 fiber er et eksempel.
Spredning af polarisationstilstand
Polarisation mode dispersion (PMD) afspejler polarisationsafhængigheden af udbredelseskarakteristika for lysbølger i optiske fibre. I faktiske optiske fibre er der to polarisationstilstande, der er vinkelrette på hinanden. Ideelt set bør de to polarisationstilstande have de samme bølgeudbredelseskarakteristika, men generelt er der subtile forskelle mellem forskellige polarisationstilstande. Dette skyldes ændringen eller forstyrrelsen af temperatur, tryk og andre faktorer i udbredelsesprocessen, hvilket resulterer i forskellige transmissionshastigheder for de to polarisationstilstande, hvilket resulterer i tidsforsinkelse og polarisationstilstandspredning.
3 Spredningsdannelse i polarisationstilstand
Spredning af polarisationstilstand har ringe effekt på netværk med forbindelseshastigheder under 2,5 Gbps, selv hvis transmissionsafstanden er større end 1000 km. Men med stigningen i transmissionshastigheden, især når transmissionshastigheden overstiger 10 Gbps, øges indflydelsen af spredningen af polarisationstilstanden. dramatisk, og bliver en fiber parameter, der ikke kan ignoreres. Polarisation mode dispersion er hovedsageligt produceret i processen med glas fremstilling, ud over den optiske fiber ledninger, installation og brug miljø og andre faktorer vil påvirke det.
Hvordan kompenserer man for spredning?
Selvom fiberspredning ikke svækker signalet, forkorter den udbredelsesafstanden af signalet inde i fiberen og forårsager samtidig signalforvrængning. For eksempel kan en lysimpuls på 1 nanosekund i den transmitterende ende udvides til 10 nanosekunder ved modtageenden, hvilket får signalet til ikke at blive modtaget og afkodet korrekt. Derfor er det meget vigtigt at reducere fiberspredning eller kompensere for det i langdistancetransmissionssystemer såsom tæt bølgelængdedelingsmultipleksing (DWDM). Tre almindeligt anvendte spredningskompensationsstrategier og metoder er introduceret nedenfor.
Dispersionskompenseret fiber
Ved hjælp af teknikken med dispersionskompenseret fiber (DCF) kan den negative dispersive fiber tilføjes til den konventionelle fiber. Sammenlignet med den konventionelle fiber er dispersionsværdien meget stor, og dispersionen er positiv, hvilket gør lysfordelingen i denne slags fiber reducere eller endda forsvinde.Ved at tilføje negativ spredningskompensationsfiber til det, kan den totale spredning af hele fiberlinjen være cirka nul, så der opnås høj hastighed, stor kapacitet og langdistancekommunikation.Dispersionskompensationsfiber har hovedsageligt tre kompensationsmekanismer, herunder prækompensation, postkompensation og symmetrikompensation.Dispersionskompensationsfibre bruges i vid udstrækning til at opgradere fiberforbindelser installeret ved 1310 nm til at fungere ved 1550 nm.
4 Tre spredningskompensationsmekanismer
Fiber Bragg rist
Fiber Bragg-gitter (FBG) er en reflektionsenhed, der er sammensat af fiber, som kan modulere dets kernebrydningsindeks inden for et bestemt område. I langdistancetransmissionssystemer som f.eks. 100 km kan spredningseffekten reduceres betydeligt af denne enhed. stråle passerer gennem fiber-Bragg-gitteret, vil den bølgelængde, der opfylder modulationsbetingelserne, blive reflekteret, og den resterende bølgelængde vil fortsat blive transmitteret langs fiberen gennem fiber-Bragg-gitteret. Brug af fiber-Bragg-gitter til spredningskompensation har store fordele, fordi fiber-Bragg gitter kan integreres med andre passive fiberenheder, lavt indføringstab og lave omkostninger. Derudover kan fiber Bragg-gitter bruges ikke kun som et filter til spredningskompensation, men også som en sensor, en bølgelængdestabilisator til pumpede lasere og en smalbånds WDM plus/minus filter.
Elektronspredningskompensation
Elektronisk spredningskompensation (EDC) er en metode til at opnå spredningskompensation i optiske kommunikationsforbindelser ved hjælp af elektronisk filtrering (også kendt som udligning), det vil sige filtrering i kommunikationskanalen for at kompensere for signaldæmpning forårsaget af transmissionsmediet. Den elektroniske spredningskompensation er normalt realiseret af det tværgående filter, hvis output er den vægtede sum af en række forsinkede input. Den kan automatisk justere filtervægten i henhold til det modtagne signals karakteristika, det vil sige selvtilpasning. Elektronisk spredningskompensation kan bruges i single-mode fibersystemer og multi-mode fibersystemer. Derudover kan det kombineres med andre funktioner til 10Gbit/s modtager integrerede kredsløb. Det kan reducere senderomkostningerne betydeligt i single-mode fibersystemer og kan også øge transmissionsafstanden for multi-mode fibersystemer med små modtageromkostningstab. .
Konklusion
Selvom optisk fiberspredning kan påvirke signaludbredelsen på mange måder og endda forårsage signalforvrængning, er det ikke fuldstændig ugunstigt at signaltransmission i optisk fiberforbindelse. Faktisk, når bølgelængdedelingsmultipleksing bruges, kan en vis optisk fiberspredning bruges til at afbøde den ikke-lineære effekt. Når spredningen af fiberen er for stor, kan ovenstående spredningskompensationsfiber, fiber Bragg-gitter, elektronspredningskompensation og andre metoder vælges til spredningskompensation.