Disperzija je tako lijepa, zašto je optička vlakna ne vole?

Prije više od tristo godina u Europi, jednog sunčanog poslijepodneva, Newton je iznio takav plan.

Neka sunčeva svjetlost obasja prizmu. Nakon što prodre kroz prizmu, svjetlost se širi u šarene vrpce sastavljene od crvene, narančaste, žute, zelene, plave i ljubičaste te se projicira na zastor u sobi. Na taj način se naizgled prozirna sunčeva svjetlost uz pomoć prizme pretvara u nevjerojatne trake boja.

Nakon toga, Newton je otvorio okomitu pukotinu u sredini zastora, te postavio drugu prizmu i drugi zastor iza zastora.

Vidio sam ga kako okreće prvu prizmu i projicira sedam šarenih vrpci crvene, narančaste, žute, zelene, plave i ljubičaste na pukotine u prvom zastoru, a zatim kroz drugu prizmu na drugi zastor. Dogodilo se čudo. Ono što se pojavilo na drugom zastoru bila je jedna boja svjetla. Shematski dijagram je sljedeći:

U ovom trenutku, sunčeva svjetlost je odvojena u više pojedinačnih boja i prikazana na drugoj zavjesi. Gospodar Niu koristi prizmu da otkrije tajnu: svjetlost se može raspršiti! Čini se da je sunčeva svjetlost zapečaćena, a ispod uobičajenog izgleda nalazi se šarena jezgra. To je ono što često nazivamo disperzijom svjetlosti.

1. Kako se proizvodi disperzija?

Fenomen da se kompozitna svjetlost razloži na tri boje naziva se disperzija svjetlosti.

U eksperimentu s prizmom, sunčeva svjetlost (to jest kompozitna svjetlost) ulazi u staklo iz zraka, a zatim ulazi u zrak iz stakla, gdje se dva puta lomi. Morate znati da je sve blagotvorno. Kada dođe do loma, svjetlost će prirodno odabrati najkraći put i kretati se naprijed uz smanjenje gubitka energije. Iz prethodnog eksperimenta s Newtonovom prizmom, znamo da je kompozitno svjetlo u osnovi sastavljeno od mnogo pojedinačnih svjetala različitih boja. Ova svjetla imaju različite valne duljine, a energija svjetlosti različitih valnih duljina vrlo je različita. Teško je pomiriti mišljenja, a svjetlost različitih valnih duljina ima različita mišljenja o odabiru putanje nakon loma. Stoga su se nakon izlaska iz prizme “razišli”.

Dakle, zašto se svjetlost raspršuje? Ispada da je ono što uzrokuje ovu disperziju valna duljina svjetlosti. Svjetlost različitih valnih duljina ima različite indekse loma u mediju i različite brzine širenja (staze), što će neizbježno uzrokovati širenje i širenje svjetlosti, te nastaje disperzija.

Fenomen disperzije svjetlosti pokazuje da brzina širenja svjetlosti u mediju ima veliki odnos s indeksom loma. Što je veći indeks loma, to je manja brzina svjetlosti. Pogledajte sljedeću formulu:

V=C/N

C je brzina širenja svjetlosti u vakuumu,

konstantno 300,000 km/s

N je indeks loma medija prema svjetlosti

2. Učinak disperzije

Iako nam disperzija može pomoći da uđemo u šareni svijet, na području komunikacija disperzija doista nije tako lijepa.

Tijekom prijenosa optičkih signala u optičkim vlaknima, disperzija je jedan od važnih čimbenika koji uzrokuju gubitak.

To je zato što indeks loma svjetlosti uzrokuje disperziju, koja uzrokuje međukodnu interferenciju u svjetlosnom pulsu, čime se širi izlazni kraj.

Što je istezanje?

Proširenje znači da svjetlost različitih valnih duljina putuje različitim brzinama u mediju zbog različitih indeksa loma, što rezultira povećanjem spektralne širine. Drugim riječima, kada se zraka svjetlosti prenosi u mediju, neki svjetlosni valovi imaju veliki indeks loma i ozbiljno odstupaju od piste.

Neki svjetlosni valovi imaju mali indeks loma i iako su zakrivljeni, još uvijek mogu putovati u unaprijed određenom smjeru.

Disonanca svjetlosnih valova uzrokuje da širina ove zrake svjetlosti bude veća nego prije ulaska u medij, stvarajući proširenje.

U slučaju disperzije, što je veća udaljenost prijenosa optičkog signala, širenje će biti ozbiljnije. Rezultat je izobličenje signala i pogoršanje stope grešaka u bitovima, što ozbiljno utječe na kvalitetu prijenosa informacija.

Kako izbjeći utjecaj disperzije na komunikaciju?

3. Kako izbjeći utjecaj disperzije?

Nakon dugog razdoblja istraživanja i istraživanja, ljudi su pronašli način da koriste kompenzaciju za uravnoteženje gubitka disperzije. Među različitim metodama kompenzacije, tehnologija vlakana za kompenzaciju disperzije vrlo je priznata metoda kompenzacije disperzije.

Jedna od metoda kompenzacije disperzije: vlakno za kompenzaciju disperzije DCF

U uobičajenim jednomodnim sustavima optičkih vlakana, radna valna duljina optičkih vlakana ima visoku pozitivnu disperziju na 1550 nm.

Obilježja pozitivne disperzije: Kako se valna duljina povećava, indeks loma postupno opada.

Prema ideji kompenzacije, ovim optičkim vlaknima treba dodati negativnu disperziju za kompenzaciju disperzije kako bi se osiguralo da je ukupna disperzija cijele linije optičkih vlakana približno nula. Vlakno s kompenzacijom disperzije (DCF) nova je vrsta jednomodnog vlakna uglavnom dizajniranog za valnu duljinu od 1550 nm. Ima visoku negativnu disperziju na 1550 nm (karakteristike negativne disperzije i pozitivne disperzije su suprotne) i može se koristiti u običnim jednomodnim optičkim kabelima. Kompenzacija disperzije se izvodi u sustavu optičkih vlakana. Kao što je prikazano na donjoj slici, zbroj kompenziranih pozitivnih i negativnih disperzija približava se nuli na 1550 nm.

Slijedi formula za vlakno s kompenzacijom disperzije primijenjeno na jednomodno vlakno.

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

D( λ s) je koeficijent disperzije jednomodnog vlakna na radnoj valnoj duljini λ s

Dc( λ s) je koeficijent disperzije DCF-a na radnoj valnoj duljini λ s

L i LC su duljine konvencionalnog jednomodnog vlakna, odnosno D CF.

U praktičnim primjenama, DCF i jednomodno vlakno koriste se u seriji u prijenosnoj liniji za kompenzaciju pozitivne disperzije jednomodnog vlakna na optičkoj valnoj duljini od 1550 nm, kako bi se produžila udaljenost releja i smanjio gubitak, kako bi se ostvario visok brzina, veliki kapacitet i komunikacija na velike udaljenosti. Kako je prikazano dolje:

Kao kompenzacija disperzije, DCF ima sljedeće prednosti:

Učinak kompenzacije je izvanredan i sustav radi stabilno.

Rad je jednostavan i kompenzacijsko vlakno se može izravno spojiti na prijenosni sustav kako bi se ostvarila kompenzacija.

Iznos kompenzacije disperzije se može kontrolirati prema potrebi i može se prilagoditi prema potrebi prema stvarnom iznosu kompenzacije koji zahtijeva prijenosni sustav.

Obavijest:

Kako optički signal putuje dalje dalekovodom, doći će do drugih gubitaka, kao što je prigušenje u liniji. Kako bi se izbjeglo prigušenje u liniji, potrebno je razmotriti korištenje EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) ​​vlaknastog pojačala dopiranog erbijem.