Šta je disperzija vlakana? Kako kompenzirati disperziju?
Šta je disperzija vlakana?
Disperzija vlakana pokazuje stanje širenja ulaznog signala u vlaknu. Odnosi se na izobličenje signala uzrokovano širenjem različitih frekvencijskih komponenti ili različitih komponenti moda optičkog signala pri različitim brzinama. Uglavnom uključuje tri slučaja: intermodnu disperziju, disperziju hrominacije i disperziju polarizacionog moda.
Intermodalna disperzija
Intermodna disperzija je mehanizam izobličenja signala koji se javlja u multimodnim vlaknima i drugim talasovodima. U multimodnim vlaknima, svjetlosni zraci koji ulaze u vlakno pod različitim upadnim uglovima definiraju se kao putanja ili obrazac. Kako je put prijenosa svakog moda različit, njegov brzina prijenosa (tj. grupna brzina) je također različita, tako da postoji vremenska razlika između načina prijenosa signala do terminala optičkih vlakana. Generalno, dio svjetlosti prolazi direktno kroz jezgro (u aksijalnom načinu), dok se drugi odbija nazad i dalje između granica omotača/jezgra i putovanja cik-cak duž talasovoda, kao što je prikazano u višemodnom vlaknu s indeksom koraka ispod. Činjenica je da čim se svjetlost prelomi, dolazi do disperzije međumoda/moda. Među njima, disperzija među modovima je u pozitivnoj korelaciji s putanjom prijenosa, to jest, disperzija između modova uzrokovana modom visokog reda (zraka ulazi pod većim kutom na većoj udaljenosti) veća je od one uzrokovane niskim -red mod (zraka ulazi pod manjim uglom za kraću udaljenost).
1 Intermodska disperzija u višemodnim vlaknima sa stepenastim indeksom
Višemodno vlakno može prihvatiti do 17 modova širenja zraka u isto vrijeme, a njegova intermodna disperzija je mnogo veća nego kod single-modnih vlakana. To je zato što jednomodna vlakna imaju jedan način širenja, tj. svjetlost putuje duž jezgre (aksijalno mod) bez odbijanja od granice omotača, tako da ne dolazi do intermodne disperzije. Međutim, ako se koristi multimodno vlakno s stepenastim indeksom, situacija je drugačija. Iako se svjetlost također širi u različitim modovima, zbog neujednačenog indeksa prelamanja jezgre vlakna, putanja svetlosnih zraka nije prava linija već kriva, a brzina širenja svetlosnih zraka se takođe menja. Stoga se disperzija među modovima može znatno smanjiti odabirom odgovarajuće raspodjele indeksa prelamanja.
Chroma disperzija
Disperzija hrominacije se odnosi na širenje optičkih impulsa uzrokovano različitim grupnim brzinama različitih komponenti talasnih dužina u optičkom vlaknu, uključujući disperziju materijala i disperziju talasovoda.
2 Disperzija boje
Disperzija materijala je uzrokovana ovisnošću indeksa loma od valne dužine materijala jezgre, dok je disperzija valovoda uzrokovana ovisnošću konstante širenja moda o parametrima vlakna (polumjer jezgre, razlika u indeksu loma između jezgre i obloga) i talasna dužina signala. Na određenim frekvencijama, disperzija materijala i disperzija talasovoda mogu se poništiti, tako da se dobije talasna dužina koja aproksimira 0 disperziju hroma. Zapravo, disperzija boje nije uvijek štetna. Svjetlost putuje pri različitim brzinama u različitim talasnim dužinama ili materijalima, uzrokujući širenje ili komprimovanje svetlosnih impulsa u vlaknu, što omogućava prilagođavanje profila indeksa prelamanja za proizvodnju vlakana za različite namene. G.652 optičko vlakno je jedan primer.
Disperzija polarizacionog moda
Disperzija polarizacionog moda (PMD) odražava polarizacionu zavisnost karakteristika prostiranja svetlosnih talasa u optičkim vlaknima. U stvarnim optičkim vlaknima, postoje dva polarizaciona moda koja su okomita jedan na drugi. U idealnom slučaju, dva načina polarizacije trebaju imati iste karakteristike širenja valova, ali općenito, postoje suptilne razlike između različitih načina polarizacije. To je zbog promjene ili poremećaja temperature, pritiska i drugih faktora u procesu širenja, što rezultira različitim brzine prijenosa dvaju polarizacijskih modova, što rezultira vremenskim kašnjenjem i disperzijom polarizacionog moda.
3 Formiranje disperzije polarizacionog moda
Disperzija polarizacionog režima ima mali uticaj na mreže sa brzinama veze ispod 2,5Gbps, čak i ako je udaljenost prenosa veća od 1000 km. Međutim, sa povećanjem brzine prenosa, posebno kada brzina prenosa prelazi 10Gbps, povećava se uticaj disperzije polarizacionog režima dramatično, i postaje parametar vlakna koji se ne može zanemariti. Disperzija polarizacije uglavnom se proizvodi u procesu proizvodnje stakla, pored ožičenja optičkih vlakana, okruženje instalacije i korištenja i drugi faktori će utjecati na to.
Kako kompenzirati disperziju?
Iako disperzija vlakana ne slabi signal, skraćuje udaljenost prostiranja signala unutar vlakna i istovremeno uzrokuje izobličenje signala. Na primjer, svjetlosni impuls od 1 nanosekunde na kraju odašiljanja može se proširiti na 10 nanosekundi na kraj prijema, što uzrokuje da signal ne bude pravilno primljen i dekodiran. Zbog toga je vrlo važno smanjiti disperziju vlakana ili je kompenzirati u sistemima prijenosa na velike udaljenosti kao što je multipleksiranje guste valne dužine (DWDM). Tri najčešće korištene strategije kompenzacije disperzije a metode su predstavljene u nastavku.
Vlakna sa kompenzacijom disperzije
Koristeći tehniku vlakna s kompenzacijom disperzije (DCF), negativno disperzivno vlakno se može dodati konvencionalnom vlaknu. U poređenju sa konvencionalnim vlaknom, vrijednost disperzije je vrlo velika, a disperzija je pozitivna, što čini distribuciju svjetlosti u ovom vlaknu. vrsta vlakana se smanjuje ili čak nestaje. Dodavanjem vlakna za kompenzaciju negativne disperzije, ukupna disperzija cijele linije vlakana može biti približno nula, kako bi se ostvarila velika brzina, veliki kapacitet i komunikacija na daljinu. Vlakna za kompenzaciju disperzije uglavnom imaju tri kompenzacijski mehanizmi, uključujući pre kompenzaciju, naknadnu kompenzaciju i kompenzaciju simetrije. Vlakna za kompenzaciju disperzije se široko koriste za nadogradnju vlaknastih veza instaliranih na 1310 nm da rade na 1550 nm.
4 Tri mehanizma kompenzacije disperzije
Fiber Bragg rešetka
Fiber Braggova rešetka (FBG) je reflektivni uređaj sastavljen od vlakana, koji može modulirati svoj indeks prelamanja u jezgri unutar određenog raspona. U sistemima prijenosa na velike udaljenosti kao što je 100 km, ovaj uređaj može značajno smanjiti efekat disperzije. snop prolazi kroz vlaknastu Braggovu rešetku, talasna dužina koja ispunjava uslov modulacije će se reflektovati, a preostala talasna dužina će nastaviti da se prenosi duž vlakna kroz vlaknastu Braggovu rešetku. Korišćenje vlaknaste Braggove rešetke za kompenzaciju disperzije ima velike prednosti, jer vlakna Braggova rešetka se može integrirati s drugim pasivnim optičkim uređajima, malim gubicima umetanja i niskom cijenom. Osim toga, vlaknasta Braggova rešetka se može koristiti ne samo kao filter za kompenzaciju disperzije, već i kao senzor, stabilizator talasne dužine za pumpane lasere i uskopojasni WDM plus/minus filter.
Kompenzacija disperzije elektrona
Elektronska kompenzacija disperzije (EDC) je metoda za postizanje kompenzacije disperzije u optičkim komunikacijskim vezama koristeći elektronsko filtriranje (takođe poznato kao izjednačavanje), odnosno filtriranje u komunikacijskom kanalu radi kompenzacije slabljenja signala uzrokovanog prijenosnim medijem. Elektronska kompenzacija disperzije se obično realizuje poprečnim filterom, čiji je izlaz ponderisani zbir niza odloženih ulaza. Može automatski podesiti težinu filtera prema karakteristikama primljenog signala, odnosno samoprilagođavanje. Elektronska kompenzacija disperzije može se koristiti u single-mode sistemima vlakana i multi-mode sistemima vlakana. Pored toga, može se kombinovati sa drugim karakteristikama za integrisana kola prijemnika od 10Gbit/s. Može značajno smanjiti troškove predajnika u jednomodnim sistemima sa vlaknima, a takođe može povećati daljinu prenosa multimodnih sistema sa vlaknima uz male gubitke u troškovima prijemnika. .
Zaključak
Iako disperzija optičkih vlakana može utjecati na širenje signala na mnogo načina, pa čak i uzrokovati izobličenje signala, nije potpuno nepovoljno za prijenos signala u vezi optičkih vlakana. U stvari, kada se koristi multipleksiranje s podjelom valova, određena disperzija optičkih vlakana može se koristiti za ublažavanje nelinearni efekat. Kada je disperzija vlakna prevelika, za kompenzaciju disperzije mogu se odabrati gornja vlakna za kompenzaciju disperzije, Braggova rešetka vlakana, kompenzacija disperzije elektrona i druge metode.