Mis on kiudude dispersioon?Kuidas dispersiooni kompenseerida?
Mis on kiudude dispersioon?
Kiudude dispersioon näitab sisendsignaali levimisolekut kius. See viitab signaali moonutustele, mis on põhjustatud optilise signaali erinevate sageduskomponentide või erinevate režiimikomponentide levimisest erinevatel kiirustel. See hõlmab peamiselt kolme juhtumit: intermode dispersioon, krominantsusdispersioon ja polarisatsioonirežiimi dispersioon.
Intermodaalne hajutamine
Intermode dispersioon on signaali moonutamise mehhanism, mis esineb mitmemoodilistes kiududes ja muudes lainejuhtides.Mitmemoodilises kius on valguskiired, mis sisenevad kiudu erinevate langemisnurkade all, määratletakse tee või mustrina. Kuna iga režiimi ülekandetee on erinev, edastuskiirus (st grupi kiirus) on samuti erinev, seega on kiudoptilise terminali jõudmiseks signaaliedastusrežiimide vahel ajaline erinevus.Üldiselt läbib osa valgust otse südamikku (telgrežiimis), teised aga põrkuvad tagasi ja edasi katte/südamiku piiride vahel ja liikumine siksakiliselt mööda lainejuhti, nagu on näidatud allolevas astmelise indeksi mitmemoodilises kius. Fakt on see, et niipea kui valgus murdub, toimub intermoodide/režiimide hajumine. Nende hulgas on režiimidevaheline dispersioon. on positiivses korrelatsioonis ülekandeteega, st kõrgetasemelisest režiimist (kiir siseneb suurema nurga all pikema vahemaa korral) põhjustatud režiimidevaheline dispersioon on suurem kui madalast -järjestusrežiim (kiir siseneb väiksema nurga all lühema vahemaa jaoks).
1 Intermode dispersioon astmelise indeksiga mitmemoodilistes kiududes
Mitmemoodilistel kiududel on korraga võimalik kasutada kuni 17 kiirte levimisrežiimi ja selle intermoodiline dispersioon on palju suurem kui ühemoodilistel kiududel. Seda seetõttu, et ühemoodilistel kiududel on üks levirežiim, st valgus liigub mööda südamikku (aksiaalne). režiimis) ilma kattepiirilt peegeldumata, seega ei toimu intermoodide hajumist.Kui aga kasutatakse astmelise indeksiga mitmemoodilist kiudu, on olukord erinev.Kuigi valgus levib ka erinevates režiimides, tuleneb kiusüdamiku ebaühtlane murdumisnäitaja, valguskiirte tee ei ole sirge, vaid kõver, samuti muutub valguskiirte levimiskiirus. Seetõttu saab režiimidevahelist dispersiooni oluliselt vähendada, valides sobiva murdumisnäitaja jaotuse.
Kroomi dispersioon
Kroominantsusdispersioon viitab optiliste impulsside laienemisele, mis on põhjustatud optilise kiu erinevate lainepikkustega komponentide erinevatest rühmakiirustest, sealhulgas materjali dispersioon ja lainejuhi dispersioon.
2 Kroomi dispersioon
Materjali dispersiooni põhjustab murdumisnäitaja sõltuvus südamiku materjali lainepikkusest, lainejuhi dispersiooni aga režiimi levikonstandi sõltuvus kiu parameetritest (südamiku raadius, murdumisnäitaja erinevus südamiku ja kate) ja signaali lainepikkus.Teatud sagedustel võivad materjali hajumine ja lainejuhi dispersioon üksteist tühistada, nii et saadakse lainepikkus, mis on ligikaudu 0 kroma dispersioon. Tegelikult ei ole värvide hajumine alati kahjulik. Valgus liigub erinevatel kiirustel erinevatel lainepikkustel või materjalidel, põhjustades valgusimpulsside laienemist või kokkusurumist kius, mis võimaldab kohandada murdumisnäitaja profiile, et toota kiudusid erinevatel eesmärkidel. Üheks näiteks on optiline kiud G.652.
Polarisatsioonirežiimi dispersioon
Polarisatsioonirežiimi dispersioon (PMD) peegeldab valguslainete levimisomaduste sõltuvust optilistes kiududes. Tegelikes optilistes kiududes on kaks polarisatsioonirežiimi, mis on üksteisega risti. Ideaalis peaksid kahel polarisatsioonirežiimil olema samad laine levimisomadused, kuid üldiselt on erinevate polarisatsioonirežiimide vahel väikesed erinevused. See on tingitud temperatuuri, rõhu ja muude levimisprotsessi tegurite muutustest või häiretest, mille tulemuseks on erinevad kahe polarisatsioonirežiimi edastuskiirused, mille tulemuseks on viivitus ja polarisatsioonirežiimi hajumine.
3 Polarisatsioonirežiimi dispersiooni moodustumine
Polarisatsioonirežiimi hajutamine avaldab vähe mõju võrkudele, mille lingi kiirus on alla 2,5 Gbps, isegi kui edastuskaugus on suurem kui 1000 km. Kuid edastuskiiruse suurenemisega, eriti kui edastuskiirus ületab 10 Gbps, suureneb polarisatsioonirežiimi hajumise mõju dramaatiliselt ja muutub kiu parameetriks, mida ei saa eirata.Polarisatsioonirežiimi hajutamist toodetakse peamiselt klaasi valmistamise protsessis, lisaks optilise kiu juhtmestikule mõjutavad seda paigaldus- ja kasutuskeskkond ning muud tegurid.
Kuidas hajumist kompenseerida?
Kuigi kiudude dispersioon ei nõrgenda signaali, lühendab see signaali levimiskaugust kius ja põhjustab samal ajal signaali moonutusi. Näiteks saab 1 nanosekundi pikkust valgusimpulssi edastavas otsas laiendada 10 nanosekundini. vastuvõtuotsa, mis põhjustab signaali õige vastuvõtmise ja dekodeerimise ebaõnnestumise.Seetõttu on väga oluline vähendada kiudude hajumist või kompenseerida seda kaugülekandesüsteemides, nagu tihe lainepikkusjaotusega multipleksimine (DWDM).Kolm levinud hajumise kompenseerimise strateegiat ja meetodeid tutvustatakse allpool.
Dispersioonkompenseeritud kiud
Dispersioonkompenseeritud kiu (DCF) tehnikat kasutades saab tavapärasele kiule lisada negatiivse dispergeeriva kiu. Võrreldes tavalise kiuga on dispersiooniväärtus väga suur ja dispersioon positiivne, mis muudab valguse jaotuse selles kiust. kiudude liik väheneb või isegi kaob. Lisades sellele negatiivse dispersiooni kompenseeriva kiu, võib kogu kiuliini dispersioon olla ligikaudu null, et saavutada suur kiirus, suur läbilaskevõime ja kaugside. Dispersioonikompensatsiooni kiududel on peamiselt kolm kompensatsioonimehhanismid, sealhulgas eelkompenseerimine, järelkompenseerimine ja sümmeetriakompensatsioon. Dispersioonikompensatsiooni kiude kasutatakse laialdaselt lainepikkusel 1310 nm paigaldatud kiuühenduste uuendamiseks 1550 nm juures töötamiseks.
4 Kolm dispersiooni kompenseerimise mehhanismi
Fiber Braggi rest
Fiber Braggi rest (FBG) on kiududest koosnev peegeldusseade, mis suudab moduleerida oma tuuma murdumisnäitaja teatud vahemikus. Pikamaaülekandesüsteemides, näiteks 100 km kaugusel, võib see seade dispersiooniefekti oluliselt vähendada. kiir läbib Braggi kiudude võre, siis peegeldub modulatsioonitingimustele vastav lainepikkus ja ülejäänud lainepikkus edastatakse piki kiudu läbi Braggi kiu resti. Braggi kiudresti kasutamisel dispersiooni kompenseerimiseks on suured eelised, sest Braggi kiududel on suured eelised. võre saab integreerida teiste passiivsete kiudseadmetega, väike sisestuskadu ja madal hind. Lisaks saab kiud-Braggi resti kasutada mitte ainult dispersiooni kompenseerimise filtrina, vaid ka andurina, pumbatavate laserite lainepikkuse stabilisaatorina ja kitsariba WDM pluss/miinus filter.
Elektronide dispersiooni kompenseerimine
Elektrooniline dispersioonikompensatsioon (EDC) on meetod dispersioonikompenseerimiseks optilistes sideühendustes, kasutades elektroonilist filtreerimist (tuntud ka kui võrdsustamine), st filtreerimist sidekanalis, et kompenseerida edastusmeediumi põhjustatud signaali nõrgenemist. on tavaliselt realiseeritud põikfiltri abil, mille väljund on hilinenud sisendite jada kaalutud summa. See suudab automaatselt reguleerida filtri kaalu vastavalt vastuvõetud signaali omadustele, st isekohandumisele. Elektroonilist dispersioonikompensatsiooni saab kasutada ühemoodilistes kiusüsteemides ja mitmemoodilistes kiusüsteemides. Lisaks saab seda kombineerida muude 10 Gbit/s vastuvõtja integraallülituste funktsioonidega. See võib märkimisväärselt vähendada saatja kulusid ühemoodilistes kiudoptilistes süsteemides ja suurendada ka mitmemoodiliste fiiberoptiliste süsteemide edastuskaugust, mille vastuvõtja kulukadu on väike. .
Järeldus
Kuigi optilise kiu dispersioon võib signaali levimist mitmel viisil mõjutada ja isegi signaali moonutusi põhjustada, ei ole signaali edastamine kiudoptilise lingi kaudu täiesti ebasoodne. Tegelikult saab lainepikkusjaotusega multipleksimise korral kasutada teatud valguskiudude dispersiooni leevendamiseks. mittelineaarne efekt.Kui kiu dispersioon on liiga suur, saab dispersioonikompenseerimiseks valida ülaltoodud dispersiooni kompenseeriva kiu, Braggi resti, elektronide dispersioonikompensatsiooni ja muid meetodeid.