Dispersioon on nii ilus, miks see optilistele kiududele ei meeldi?

Rohkem kui kolmsada aastat tagasi pani Newton Euroopas päikesepaistelisel pärastlõunal välja sellise plaani.

Laske päikesevalgusel prismale paista. Pärast prismast läbitungimist levib valgus värvilisteks lintideks, mis koosnevad punasest, oranžist, kollasest, rohelisest, sinisest ja lillast, ning projitseeritakse ruumis olevale kardinale. Nii muutub pealtnäha läbipaistev päikesevalgus prisma abil uskumatuteks värviribadeks.

Pärast seda avas Newton kardina keskel vertikaalse prao ning paigutas kardina taha teise prisma ja teise kardina.

Nägin teda pööramas esimest prismat ja projitseerimas seitse värvilist punase, oranži, kollase, rohelise, sinise ja lilla linti esimese kardina pragudele ja seejärel läbi teise prisma teisele kardinale. Juhtus ime. See, mis teisele kardinale ilmus, oli ühevärviline valgus. Skemaatiline diagramm on järgmine:

Sel hetkel eraldatakse päikesevalgus mitmeks üksikuks värviks ja esitatakse teisel kardinal. Lord Niu kasutab saladuse murdmiseks prismat: valgust saab hajutada! Päikesevalgus näib olevat suletud ja tavalise välimuse all on värviline südamik. Seda me sageli nimetame valguse hajutamiseks.

1. Kuidas dispersiooni toodetakse?

Nähtust, et liitvalgus laguneb kolmeks värviks, nimetatakse valguse hajutamiseks.

Prisma katses siseneb päikesevalgus (st komposiitvalgus) õhust klaasi ja seejärel klaasist õhku, kus see murdub kaks korda. Peate teadma, et kõik on kasulik. Kui toimub murdumine, valib valgus loomulikult lühima tee ja liigub edasi, minimeerides samal ajal energiakadu. Ülaltoodud Newtoni prismakatsest teame, et liitvalgus koosneb põhiliselt paljudest erinevat värvi üksikutest tuledest. Need tuled on erineva lainepikkusega ja erineva lainepikkusega valguse energia on väga erinev. Arvamusi on raske ühildada ning erineva lainepikkusega valgusel on erinevad arvamused, kuidas murdumise järel teed valida. Seetõttu läksid nende teed pärast prismast väljatulekut "lahku".

Niisiis, miks valgus hajub? Selgub, et selle dispersiooni põhjustab valguse lainepikkus. Erinevate lainepikkustega valgusel on keskkonnas erinevad murdumisnäitajad ja erinevad levimiskiirused (teed) , mis paratamatult põhjustab valguse levikut ja levikut ning dispersiooni tekkimist.

Valguse dispersiooninähtus näitab, et keskkonnas leviva valguse kiirusel on suur seos murdumisnäitajaga. Mida suurem on murdumisnäitaja, seda väiksem on valguse kiirus. Vaadake järgmist valemit:

V=C/N

C on valguse levimiskiirus vaakumis,

konstantne 300,000 km/s

N on keskmise ja valguse murdumisnäitaja

2. Dispersiooni mõju

Kuigi hajutamine võib aidata meil siseneda värvilisse maailma, pole kommunikatsioonivaldkonnas hajutamine nii ilus.

Optiliste signaalide edastamisel optilistes kiududes on dispersioon üks olulisi kadu põhjustavaid tegureid.

Selle põhjuseks on asjaolu, et valguse murdumisnäitaja põhjustab dispersiooni, mis põhjustab valgusimpulsis koodidevahelisi häireid, laiendades seeläbi väljundotsa.

Mis on venitamine?

Laienemine tähendab, et erineva lainepikkusega valgus liigub keskkonnas erinevate murdumisnäitajate tõttu erineva kiirusega, mille tulemusena suureneb spektraallaius. Teisisõnu, kui valgusvihk edastatakse keskkonnas, on mõnel valguslainel suur murdumisnäitaja ja need kalduvad rajalt tõsiselt kõrvale.

Mõnedel valguslainetel on väike murdumisnäitaja ja kuigi nad on kõverad, võivad nad siiski liikuda etteantud suunas.

Valguslainete dissonants põhjustab selle valgusvihu laiuse suuremaks kui enne keskkonda sisenemist, moodustades laienduse.

Dispersiooni korral, mida pikem on optilise signaali edastuskaugus, seda tõsisem on laienemine. Tulemuseks on signaali moonutamine ja bitivea määra jõudluse halvenemine, mis mõjutab tõsiselt teabe edastamise kvaliteeti.

Kuidas vältida hajutatuse mõju suhtlusele?

3. Kuidas vältida dispersiooni mõju?

Pärast pikka uurimis- ja uurimisperioodi on inimesed leidnud võimaluse kasutada kompensatsiooni, et tasakaalustada hajumise kadu. Erinevate kompensatsioonimeetodite hulgas on dispersioonikompensatsiooni kiudtehnoloogia kõrgelt tunnustatud dispersioonikompensatsiooni meetod.

Üks dispersioonikompenseerimise meetoditest: dispersioonikompensatsioonikiud DCF

Tavalistes ühemoodilistes optiliste kiudude süsteemides on optilise kiu töölainepikkusel kõrge positiivne dispersioon 1550 nm juures.

Positiivse dispersiooni tunnused: Lainepikkuse kasvades murdumisnäitaja järk-järgult väheneb.

Kompensatsiooni idee kohaselt tuleb nendele optilistele kiududele lisada dispersiooni kompenseerimiseks negatiivne dispersioon tagamaks, et kogu optilise kiu liini dispersioon on ligikaudu null. Dispersiooni kompenseeriv kiud (DCF) on uut tüüpi ühemoodiline kiud, mis on mõeldud peamiselt lainepikkusele 1550 nm. Sellel on kõrge negatiivne dispersioon 1550 nm juures (negatiivse dispersiooni ja positiivse dispersiooni omadused on vastupidised) ning seda saab kasutada tavalistes ühemoodilistes fiiberoptilistes kaablites. Kiudoptilises süsteemis teostatakse dispersioonikompensatsiooni. Nagu on näidatud alloleval joonisel, läheneb kompenseeritud positiivsete ja negatiivsete dispersioonide summa 1550 nm juures nullile.

Järgmine on ühemoodilisele kiule rakendatava dispersioonikompenseeriva kiu valem.

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

D( λ s) on ühemoodilise kiu dispersioonikoefitsient töölainepikkusel λ s

Dc(λ s) on DCF dispersioonikoefitsient töölainepikkusel λ s

L ja LC on vastavalt tavapärase ühemoodilise kiu ja D CF pikkused.

Praktilistes rakendustes kasutatakse ülekandeliinis järjestikku DCF-i ja ühemoodilist kiudu, et kompenseerida ühemoodilise kiu positiivset hajumist optilise lainepikkusel 1550 nm, et pikendada relee kaugust ja vähendada kadu, et saavutada kõrge kiirus, suur võimsus ja kaugside. Nagu allpool näidatud:

Dispersioonikompensatsioonina on DCF-l järgmised eelised:

Kompensatsiooniefekt on märkimisväärne ja süsteem töötab stabiilselt.

Toiming on lihtne ja kompensatsioonikiu saab kompenseerimiseks otse ülekandesüsteemiga ühendada.

Dispersioonikompensatsiooni suurus on vastavalt vajadusele reguleeritav ja seda saab vastavalt vajadusele reguleerida vastavalt ülekandesüsteemi poolt nõutavale tegelikule kompensatsioonisummale.

Märkus:

Kui optiline signaal liigub ülekandeliinil kaugemale, tekivad muud kadud, näiteks liini sumbumine. Et vältida liini sumbumist, on vaja kaaluda EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) ​​erbium-legeeritud fiiberopmendi kasutamist.