Què és la dispersió de fibra? Com compensar la dispersió?
Què és la dispersió de fibra?
La dispersió de fibra mostra l'estat de propagació del senyal d'entrada a la fibra. Es refereix a la distorsió del senyal causada per la propagació de diferents components de freqüència o diferents components de mode del senyal òptic a diferents velocitats. Inclou principalment tres casos: dispersió intermode, dispersió de crominància i dispersió de mode de polarització.
Dispersió intermodal
La dispersió intermode és un mecanisme de distorsió del senyal que es produeix en fibres multimode i altres guies d'ones. En una fibra multimode, els raigs de llum que entren a la fibra amb diferents angles d'incidència es defineixen com un camí o un patró. Com que el camí de transmissió de cada mode és diferent, el seu La velocitat de transmissió (és a dir, la velocitat del grup) també és diferent, de manera que hi ha una diferència de temps entre els modes de transmissió del senyal per arribar al terminal de fibra òptica. En general, una part de la llum passa directament pel nucli (en mode axial), mentre que d'altres es reboten. i cap endavant entre els límits del revestiment/nucli i viatja en ziga-zaga al llarg de la guia d'ona, tal com es mostra a la fibra multimode d'índex de pas a continuació. El fet és que tan aviat com es refracta la llum, es produeix la dispersió intermode/mode. Entre ells, la dispersió intermode està positivament correlacionat amb el camí de transmissió, és a dir, la dispersió entre modes causada pel mode d'ordre alt (el raig entra a un angle més gran durant una distància més llarga) és superior a la causada pel mode baix. -mode d'ordre (el raig entra amb un angle més petit per a una distància més curta).
1 Dispersió intermode en fibres multimode d'índex de pas
La fibra multimode pot acomodar fins a 17 modes de propagació de raigs al mateix temps, i la seva dispersió intermode és molt superior a la de la fibra monomode. Això és degut a que les fibres monomode tenen un únic mode de propagació, és a dir, la llum viatja al llarg del nucli (axial). mode) sense reflectir-se en el límit del revestiment, de manera que no es produeix cap dispersió intermode. Tanmateix, si s'utilitza una fibra multimode d'índex graduat, la situació és diferent. Encara que la llum també es propaga en diferents modes, a causa de l'índex de refracció desigual del nucli de la fibra, el recorregut dels raigs de llum no és una línia recta sinó una corba, i la velocitat de propagació dels raigs de llum també canvia. Per tant, la dispersió entre modes es pot reduir molt seleccionant la distribució adequada de l'índex de refracció.
Dispersió cromàtica
La dispersió de crominància es refereix a l'ampliació dels polsos òptics causada per les diferents velocitats de grup de diferents components de longitud d'ona a la fibra òptica, inclosa la dispersió del material i la dispersió de la guia d'ona.
2 Dispersió de crominància
La dispersió del material és causada per la dependència de l'índex de refracció de la longitud d'ona del material del nucli, mentre que la dispersió de la guia d'ona és causada per la dependència de la constant de propagació del mode dels paràmetres de la fibra (radi del nucli, la diferència d'índex de refracció entre el nucli i el nucli). el revestiment) i la longitud d'ona del senyal. A determinades freqüències, la dispersió del material i la dispersió de la guia d'ona es poden cancel·lar mútuament, de manera que s'obté una longitud d'ona aproximada a 0 dispersió de croma. De fet, la dispersió de crominància no sempre és perjudicial. La llum viatja a diferents velocitats en diferents longituds d'ona o materials, fent que els polsos de llum s'ampliïn o comprimeixin a la fibra, cosa que permet personalitzar els perfils d'índex de refracció per produir fibres per a diferents finalitats. La fibra òptica G.652 n'és un exemple.
Dispersió en mode de polarització
La dispersió del mode de polarització (PMD) reflecteix la dependència de la polarització de les característiques de propagació de les ones de llum a les fibres òptiques. A les fibres òptiques reals, hi ha dos modes de polarització que són perpendiculars entre si. Idealment, els dos modes de polarització haurien de tenir les mateixes característiques de propagació de l'ona, però en general, hi ha diferències subtils entre els diferents modes de polarització. Això es deu al canvi o pertorbació de la temperatura, la pressió i altres factors en el procés de propagació, donant lloc a diferents velocitats de transmissió dels dos modes de polarització, donant lloc a retard de temps i dispersió del mode de polarització.
3 Formació de dispersió en mode de polarització
La dispersió del mode de polarització té poc efecte a les xarxes amb velocitats d'enllaç inferiors a 2,5 Gbps, fins i tot si la distància de transmissió és superior a 1000 km. Tanmateix, amb l'augment de la velocitat de transmissió, especialment quan la velocitat de transmissió supera els 10 Gbps, la influència de la dispersió del mode de polarització augmenta. dramàticament, i es converteix en un paràmetre de fibra que no es pot ignorar. La dispersió del mode de polarització es produeix principalment en el procés de fabricació de vidre, a més del cablejat de fibra òptica, l'entorn d'instal·lació i ús i altres factors l'afectaran.
Com compensar la dispersió?
Tot i que la dispersió de la fibra no debilita el senyal, escurça la distància de propagació del senyal dins de la fibra i provoca una distorsió del senyal al mateix temps. Per exemple, un pols de llum d'1 nanosegon a l'extrem de transmissió es pot ampliar a 10 nanosegons a la Per tant, és molt important reduir la dispersió de la fibra o compensar-la en sistemes de transmissió de llarga distància com ara la multiplexació per divisió de longitud d'ona densa (DWDM). Tres estratègies de compensació de dispersió d'ús habitual. i els mètodes s'introdueixen a continuació.
Fibra compensada per dispersió
Mitjançant la tècnica de fibra compensada per dispersió (DCF), la fibra dispersiva negativa es pot afegir a la fibra convencional. En comparació amb la fibra convencional, el valor de dispersió és molt gran i la dispersió és positiva, la qual cosa fa que la distribució de la llum en aquesta El tipus de fibra es redueix o fins i tot desapareix. En afegir-hi fibra de compensació de dispersió negativa, la dispersió total de tota la línia de fibra pot ser aproximadament zero, per tal d'aconseguir una comunicació d'alta velocitat, gran capacitat i llarga distància. La fibra de compensació de dispersió té principalment tres mecanismes de compensació, inclosa la compensació prèvia, la compensació posterior i la compensació de simetria. Les fibres de compensació de dispersió s'utilitzen àmpliament per actualitzar els enllaços de fibra instal·lats a 1310 nm per funcionar a 1550 nm.
4 Tres mecanismes de compensació de dispersió
Reixa de fibra de Bragg
Fiber Bragg Grating (FBG) és un dispositiu de reflexió compost per fibra, que pot modular el seu índex de refracció central dins d'un determinat rang. En sistemes de transmissió de llarga distància com ara 100 km, l'efecte de dispersió es pot reduir significativament amb aquest dispositiu. Quan el El feix travessa la reixa de Bragg de fibra, la longitud d'ona que compleix la condició de modulació es reflectirà i la longitud d'ona restant es continuarà transmetent al llarg de la fibra a través de la reixa de Bragg de fibra. L'ús de la reixa de Bragg de fibra per a la compensació de dispersió té grans avantatges, perquè la fibra Bragg. La reixa es pot integrar amb altres dispositius de fibra passiva, baixa pèrdua d'inserció i baix cost. A més, la reixa de Bragg de fibra es pot utilitzar no només com a filtre per a la compensació de dispersió, sinó també com a sensor, estabilitzador de longitud d'ona per a làsers bombejats i un filtre WDM més/menys de banda estreta.
Compensació de la dispersió electrònica
La compensació de dispersió electrònica (EDC) és un mètode per aconseguir la compensació de dispersió en els enllaços de comunicació òptica mitjançant el filtratge electrònic (també conegut com a equalització), és a dir, filtrant al canal de comunicació per compensar l'atenuació del senyal causada pel mitjà de transmissió. La compensació de dispersió electrònica. normalment es realitza mitjançant el filtre transversal, la sortida del qual és la suma ponderada d'una sèrie d'entrades retardades. Pot ajustar automàticament el pes del filtre segons les característiques del senyal rebut, és a dir, l'autoadaptació. La compensació de dispersió electrònica es pot utilitzar en sistemes de fibra monomode i sistemes de fibra multimode. A més, es pot combinar amb altres funcions per a circuits integrats de receptors de 10 Gbit/s. Pot reduir significativament el cost del transmissor en sistemes de fibra monomode i també pot augmentar la distància de transmissió dels sistemes de fibra multimode amb petites pèrdues de costos del receptor. .
Conclusió
Tot i que la dispersió de fibra òptica pot afectar la propagació del senyal de moltes maneres, i fins i tot causar distorsió del senyal, no és completament desfavorable la transmissió del senyal en l'enllaç de fibra òptica. De fet, quan s'utilitza la multiplexació per divisió de longitud d'ona, es pot utilitzar certa dispersió de fibra òptica per mitigar l'efecte no lineal. Quan la dispersió de la fibra és massa gran, es poden seleccionar la fibra de compensació de dispersió anterior, la reixa de Bragg de fibra, la compensació de dispersió d'electrons i altres mètodes per a la compensació de dispersió.