Дисперсія така красива, чому вона не подобається оптичним волокнам?

Понад триста років тому в Європі, сонячного дня, Ньютон виклав такий план.

Нехай сонячне світло світить на призму. Проникаючи через призму, світло поширюється на барвисті стрічки, що складаються з червоного, помаранчевого, жовтого, зеленого, синього та фіолетового кольорів, і проектується на завісу в кімнаті. Таким чином, здавалося б, прозоре сонячне світло перетворюється на неймовірні кольорові смуги за допомогою призми.

Після цього Ньютон відкрив вертикальну тріщину в середині завіси і влаштував другу призму та другу завісу за завісою.

Я бачив, як він повернув першу призму і спроектував сім різнокольорових стрічок червоного, помаранчевого, жовтого, зеленого, синього та фіолетового на щілини в першій завісі, а потім через другу призму на другу завісу. Сталося диво. Те, що з’явилося на другій завісі, було одним кольором світла. Принципова діаграма виглядає наступним чином:

У цей момент сонячне світло поділяється на кілька окремих кольорів і відображається на другій шторі. Лорд Ніу використовує призму, щоб розкрити таємницю: світло можна розсіяти! Сонячне світло, здається, закрите, і під звичайним виглядом є барвисте ядро. Це те, що ми часто називаємо дисперсією світла.

1. Як утворюється дисперсія?

Явище, коли композитне світло розкладається на три кольори, називається дисперсією світла.

В експерименті з призмою сонячне світло (тобто складне світло) потрапляє в скло з повітря, а потім потрапляє в повітря зі скла, де двічі заломлюється. Ви повинні знати, що все йде на користь. Коли відбувається заломлення, світло природно вибере найкоротший шлях і рухатиметься вперед, мінімізуючи втрати енергії. З наведеного вище експерименту з призмою Ньютона ми знаємо, що складене світло, по суті, складається з багатьох одиничних вогнів різних кольорів. Ці вогні мають різні довжини хвиль, і енергія світла різних довжин хвиль дуже різна. Важко узгодити думки, і світло різних довжин хвиль має різні думки про те, як вибрати шлях після заломлення. Тому, вийшовши з призми, вони «розійшлися».

Отже, чому світло розсіюється? Виявляється, причиною такої дисперсії є довжина хвилі світла. Світло з різною довжиною хвилі має різні показники заломлення в середовищі та різні швидкості (шляхи) поширення, що неминуче призведе до поширення та поширення світла та утворення дисперсії.

Явище дисперсії світла показує, що швидкість світла, що поширюється в середовищі, має великий зв'язок з показником заломлення. Чим більше показник заломлення, тим менше швидкість світла. Подивіться таку формулу:

V=C/N

C - швидкість поширення світла у вакуумі,

постійна 300,000 км/с

N — показник заломлення середовища до світла

2. Ефект дисперсії

Хоча дисперсія може допомогти нам увійти в барвистий світ, у сфері комунікацій дисперсія насправді не така вже й прекрасна.

Під час передачі оптичних сигналів у оптичних волокнах дисперсія є одним із важливих факторів, що спричиняють втрати.

Це пояснюється тим, що показник заломлення світла спричиняє дисперсію, яка спричиняє міжкодову інтерференцію в світловому імпульсі, тим самим розширюючи вихідний кінець.

Що таке розтяжка?

Розширення означає, що світло різних довжин хвиль поширюється в середовищі з різною швидкістю через різні показники заломлення, що призводить до збільшення спектральної ширини. Іншими словами, коли промінь світла пропускається в середовищі, деякі світлові хвилі мають великий показник заломлення і серйозно відхиляються від злітно-посадкової смуги.

Деякі світлові хвилі мають невеликий показник заломлення, і, незважаючи на те, що вони викривлені, вони все одно можуть рухатися в заздалегідь визначеному напрямку.

Дисонанс світлових хвиль призводить до того, що ширина цього пучка світла стає більшою, ніж перед входом у середовище, утворюючи розширення.

У разі дисперсії, чим довша відстань передачі оптичного сигналу, тим серйознішим буде розширення. Результатом є спотворення сигналу та погіршення показників частоти бітових помилок, що серйозно впливає на якість передачі інформації.

Як уникнути впливу дисперсії на спілкування?

3. Як уникнути впливу дисперсії?

Після тривалого періоду пошуків і досліджень люди знайшли спосіб використовувати компенсацію, щоб компенсувати втрату дисперсії. Серед різних методів компенсації волоконна технологія компенсації дисперсії є високо визнаним методом компенсації дисперсії.

Один із методів компенсації дисперсії: волокно з компенсацією дисперсії DCF

У звичайних одномодових оптоволоконних системах робоча довжина хвилі оптичного волокна має високу позитивну дисперсію при 1550 нм.

Характеристики позитивної дисперсії: зі збільшенням довжини хвилі показник заломлення поступово зменшується.

Згідно з ідеєю компенсації, до цих оптичних волокон необхідно додати негативну дисперсію для компенсації дисперсії, щоб гарантувати, що загальна дисперсія всієї лінії оптичного волокна дорівнює приблизно нулю. Волокно з компенсацією дисперсії (DCF) — це новий тип одномодового волокна, в основному розроблене для довжини хвилі 1550 нм. Він має високу негативну дисперсію при 1550 нм (характеристики негативної та позитивної дисперсії протилежні) і можуть використовуватися в звичайних одномодових волоконно-оптичних кабелях. Компенсація дисперсії виконується в оптоволоконній системі. Як показано на малюнку нижче, сума компенсованих позитивних і негативних дисперсій наближається до нуля при 1550 нм.

Нижче наведено формулу для волокна компенсації дисперсії, застосованого до одномодового волокна.

D(As)L+Dc(As)Lc=0

D( λ s) – коефіцієнт дисперсії одномодового волокна на робочій довжині хвилі λ s

Dc( λ s) – коефіцієнт дисперсії DCF на робочій довжині хвилі λ s

L і LC — довжини звичайного одномодового волокна і D CF відповідно.

У практичних застосуваннях DCF і одномодове волокно використовуються послідовно в лінії передачі для компенсації позитивної дисперсії одномодового волокна на довжині оптичної хвилі 1550 нм, щоб збільшити відстань реле та зменшити втрати, щоб реалізувати високу швидкість, місткість і міжміський зв'язок. Як показано нижче:

Як компенсація дисперсії DCF має такі переваги:

Ефект компенсації чудовий, і система працює стабільно.

Операція проста, і компенсаційне волокно можна безпосередньо підключити до системи передачі для реалізації компенсації.

Обсяг компенсації дисперсії можна контролювати за потреби та регулювати за потреби відповідно до фактичної величини компенсації, необхідної системі передачі.

Примітка:

Коли оптичний сигнал просувається далі по лінії передачі, виникатимуть інші втрати, наприклад загасання лінії. Щоб уникнути загасання в лінії, необхідно розглянути можливість використання EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) ​​волоконного підсилювача з легованим ербієм.