Vad är fiberdispersion? Hur kompenserar man dispersion?
Vad är fiberdispersion?
Fiberspridning visar utbredningstillståndet för insignalen i fibern. Det hänvisar till signaldistorsion som orsakas av utbredningen av olika frekvenskomponenter eller olika lägeskomponenter i den optiska signalen vid olika hastigheter. Den omfattar huvudsakligen tre fall: intermode-dispersion, krominansdispersion och polarisationsmodsdispersion.
Intermodal spridning
Intermode-dispersion är en signaldistorsionsmekanism som uppstår i multimodfibrer och andra vågledare. I en multimodfiber definieras ljusstrålar som kommer in i fibern med olika infallsvinklar som en väg eller ett mönster. Eftersom transmissionsvägen för varje mod är annorlunda, överföringshastigheten (dvs grupphastigheten) är också annorlunda, så det finns en tidsskillnad mellan signalöverföringslägena för att nå den optiska fiberterminalen. I allmänhet passerar en del ljus direkt genom kärnan (i axiellt läge), medan andra studsar tillbaka och framåt mellan beklädnad/kärngränser och färdsicksack längs vågledaren, som visas i stegindex multimodfibern nedan. Faktum är att så snart ljuset bryts uppstår intermod/mod-dispersion. är positivt korrelerad med överföringsvägen, det vill säga spridningen mellan läget som orsakas av högordningens mod (strålen kommer in med en större vinkel för en längre sträcka) är högre än den som orsakas av den låga -ordningsläge (strålen kommer in i en mindre vinkel för ett kortare avstånd).
1 Intermode dispersion i stegindex multimode fibrer
Multimodefiber kan ta emot upp till 17 strålutbredningslägen samtidigt, och dess intermodsspridning är mycket högre än för enkelmodsfiber. Detta beror på att enkelmodsfibrer har ett enda utbredningsläge, dvs. ljus färdas längs kärnan (axiellt) läge) utan att reflekteras från beklädnadsgränsen, så ingen intermodsspridning inträffar. Men om en multimodfiber med graderat index används är situationen annorlunda. Även om ljus även fortplantar sig i olika lägen, på grund av det ojämna brytningsindexet hos fiberkärnan, ljusstrålarnas väg är inte en rak linje utan en kurva, och ljusstrålarnas utbredningshastighet förändras också. Därför kan dispersionen mellan moden reduceras avsevärt genom att välja lämplig brytningsindexfördelning.
Chroma dispersion
Krominansdispersion hänvisar till breddningen av optiska pulser orsakade av de olika grupphastigheterna för olika våglängdskomponenter i den optiska fibern, inklusive materialspridning och vågledardispersion.
2 Krominansspridning
Materialdispersionen orsakas av brytningsindexets beroende av kärnmaterialets våglängd, medan vågledarspridningen orsakas av beroendet av modutbredningskonstanten på fiberparametrarna (kärnradie, skillnaden i brytningsindex mellan kärnan och kapslingen) och signalvåglängden. Vid vissa frekvenser kan materialspridning och vågledarspridning ta ut varandra, så att en våglängd som approximerar 0 kromadispersion erhålls. I själva verket är krominansdispersion inte alltid skadlig. Ljus färdas vid olika hastigheter i olika våglängder eller material, vilket gör att ljuspulser breddas eller komprimeras i fibern, vilket gör det möjligt att anpassa brytningsindexprofiler för att producera fibrer för olika ändamål. Den optiska fibern G.652 är ett exempel.
Dispersion av polarisationsläge
Polarisationslägesdispersion (PMD) återspeglar polarisationsberoendet för utbredningsegenskaperna för ljusvågor i optiska fibrer. I faktiska optiska fibrer finns det två polarisationslägen som är vinkelräta mot varandra. Helst bör de två polarisationslägena ha samma vågutbredningsegenskaper, men i allmänhet finns det subtila skillnader mellan olika polarisationslägen. Detta beror på förändringar eller störningar av temperatur, tryck och andra faktorer i utbredningsprocessen, vilket resulterar i olika överföringshastigheter för de två polarisationslägena, vilket resulterar i tidsfördröjning och dispersion av polarisationsmoden.
3 Dispersionsbildning i polarisationsläge
Spridning av polarisationsläge har liten effekt på nätverk med länkhastigheter under 2,5 Gbps, även om överföringsavståndet är större än 1 000 km. Men med ökningen av överföringshastigheten, särskilt när överföringshastigheten överstiger 10 Gbps, ökar påverkan av spridningen av polarisationsläge. dramatiskt, och blir en fiberparameter som inte kan ignoreras. Polarisationslägesdispersion produceras huvudsakligen i processen för glastillverkning, förutom den optiska fiberkabeln, kommer installations- och användningsmiljön och andra faktorer att påverka den.
Hur kompenserar man spridning?
Även om fiberspridning inte försvagar signalen, förkortar den utbredningsavståndet för signalen inuti fibern och orsakar signalförvrängning samtidigt. Till exempel kan en ljuspuls på 1 nanosekund vid sändningsänden breddas till 10 nanosekunder vid mottagningsänden, vilket gör att signalen inte kan tas emot och avkodas ordentligt. Därför är det mycket viktigt att minska fiberspridningen eller kompensera för den i långdistansöverföringssystem som tät våglängdsmultiplexering (DWDM). Tre vanliga strategier för spridningskompensation och metoder introduceras nedan.
Dispersionskompenserad fiber
Genom att använda tekniken för dispersionskompenserad fiber (DCF) kan den negativa dispersiva fibern läggas till den konventionella fibern. Jämfört med den konventionella fibern är dispersionsvärdet mycket stort, och dispersionen är positiv, vilket gör ljusfördelningen i denna typ av fiber minska eller till och med försvinna. Genom att lägga till negativ dispersionskompensationsfiber till den kan den totala spridningen av hela fiberlinjen vara ungefär noll, för att uppnå hög hastighet, stor kapacitet och långdistanskommunikation.Dispersionskompensationsfiber har huvudsakligen tre kompensationsmekanismer, inklusive förkompensation, efterkompensation och symmetrikompensation. Dispersionskompensationsfibrer används i stor utsträckning för att uppgradera fiberlänkar installerade vid 1310 nm för att fungera vid 1550 nm.
4 Tre dispersionskompensationsmekanismer
Fiber Bragg galler
Fiber Bragg Grating (FBG) är en reflektionsanordning som består av fiber, som kan modulera dess kärnbrytningsindex inom ett visst intervall. I fjärröverföringssystem som 100 km kan spridningseffekten minskas avsevärt av denna enhet. strålen passerar genom fiber-Bragg-gallret, våglängden som uppfyller moduleringsvillkoret kommer att reflekteras och resten av våglängden kommer att fortsätta att sändas ut längs fibern genom fiber-Bragg-gittret. Att använda fiber-Bragg-gitter för dispersionskompensation har stora fördelar, eftersom fiber-Bragg gallret kan integreras med andra passiva fiberenheter, låg insättningsförlust och låg kostnad. Dessutom kan fiber Bragg-gitter användas inte bara som ett filter för dispersionskompensation, utan också som en sensor, en våglängdsstabilisator för pumpade lasrar och en smalbandigt WDM plus/minus filter.
Elektronspridningskompensation
Elektronisk spridningskompensation (EDC) är en metod för att uppnå spridningskompensation i optiska kommunikationslänkar med hjälp av elektronisk filtrering (även känd som utjämning), det vill säga filtrering i kommunikationskanalen för att kompensera för signaldämpning orsakad av överföringsmediet. Den elektroniska spridningskompensationen realiseras vanligtvis av det tvärgående filtret, vars utsignal är den viktade summan av en serie fördröjda ingångar. Den kan automatiskt justera filtervikten i enlighet med egenskaperna hos den mottagna signalen, det vill säga självanpassning. Elektronisk dispersionskompensation kan användas i enkelmodsfibersystem och multimodefibersystem. Dessutom kan den kombineras med andra funktioner för 10Gbit/s mottagare integrerade kretsar. Det kan avsevärt minska sändarkostnaden i singelmode fibersystem och kan också öka överföringsavståndet för multimode fibersystem med små mottagarkostnadsförluster .
Slutsats
Även om optisk fiberspridning kan påverka signalutbredningen på många sätt och till och med orsaka signaldistorsion, är det inte helt ogynnsamt att signalöverföring i optisk fiberlänk. Faktum är att när våglängdsmultiplexering används kan viss optisk fiberdispersion användas för att mildra den olinjära effekten. När dispersionen av fibern är för stor kan ovanstående dispersionskompensationsfiber, fiber Bragg-gitter, elektrondispersionskompensation och andra metoder väljas för dispersionskompensation.