Izkliede ir tik skaista, kāpēc optiskajām šķiedrām tā nepatīk?

Vairāk nekā pirms trīssimt gadiem Eiropā kādā saulainā pēcpusdienā Ņūtons izstrādāja šādu plānu.

Ļaujiet saules gaismai spīdēt uz prizmas. Pēc iekļūšanas prizmā gaisma izplatās krāsainās lentēs, kas sastāv no sarkanas, oranžas, dzeltenas, zaļas, zilas un violetas, un tiek projicēta uz aizkaru telpā. Tādā veidā šķietami caurspīdīgā saules gaisma ar prizmas palīdzību pārvēršas neticamās krāsu joslās.

Pēc tam Ņūtons aizkara vidū atvēra vertikālu plaisu un aiz aizkara izkārtoja otru prizmu un otru aizkaru.

Es redzēju, kā viņš pagriež pirmo prizmu un projicēja septiņas krāsainas sarkanas, oranžas, dzeltenas, zaļas, zilas un purpursarkanas lentes uz pirmā aizkara spraugām un pēc tam caur otro prizmu uz otrā aizkara. Notika brīnums. Tas, kas parādījās uz otrā aizkara, bija vienas krāsas gaismas. Shematiskā diagramma ir šāda:

Šajā brīdī saules gaisma tiek sadalīta vairākās atsevišķās krāsās un tiek parādīta uz otrā aizkara. Kungs Niu izmanto prizmu, lai izjauktu noslēpumu: gaismu var izkliedēt! Šķiet, ka saules gaisma ir noslēgta, un zem parastā izskata ir krāsains kodols. To mēs bieži saucam par gaismas izkliedi.

1. Kā tiek ražota dispersija?

Parādību, ka saliktā gaisma sadalās trīs krāsās, sauc par gaismas izkliedi.

Prizmas eksperimentā saules gaisma (tas ir, saliktā gaisma) iekļūst stiklā no gaisa un pēc tam nonāk gaisā no stikla, kur tā tiek lauzta divreiz. Jums jāzina, ka viss ir izdevīgs. Kad notiek refrakcija, gaisma, protams, izvēlēsies īsāko ceļu un virzīsies uz priekšu, vienlaikus samazinot enerģijas zudumus. No iepriekš minētā Ņūtona prizmas eksperimenta mēs zinām, ka saliktā gaisma būtībā sastāv no daudzām atsevišķām dažādu krāsu gaismām. Šīm gaismām ir dažādi viļņu garumi, un dažādu viļņu garumu gaismas enerģija ir ļoti atšķirīga. Viedokļus ir grūti saskaņot, un dažādu viļņu garumu gaismai ir dažādi viedokļi par to, kā izvēlēties ceļu pēc refrakcijas. Tāpēc, iznākuši no prizmas, viņu ceļi "šķīrās".

Tātad, kāpēc gaisma izkliedējas? Izrādās, ka šo izkliedi izraisa gaismas viļņa garums. Dažāda viļņa garuma gaismai ir dažādi refrakcijas rādītāji vidē un dažādi izplatīšanās ātrumi (ceļi), kas neizbēgami izraisīs gaismas izplatīšanos un izplatīšanos, un veidojas izkliede.

Gaismas dispersijas fenomens parāda, ka gaismas ātrumam, kas izplatās vidē, ir liela saistība ar laušanas koeficientu. Jo lielāks ir refrakcijas koeficients, jo mazāks ir gaismas ātrums. Skatiet šādu formulu:

V=C/N

C ir gaismas izplatīšanās ātrums vakuumā,

nemainīgs 300,000 km/s

N ir vides un gaismas laušanas koeficients

2. Izkliedes efekts

Lai gan dispersija var mums palīdzēt iekļūt krāsainajā pasaulē, komunikāciju jomā izkliede patiešām nav tik skaista.

Optisko signālu pārraides laikā optiskajās šķiedrās izkliede ir viens no svarīgākajiem zudumus izraisošajiem faktoriem.

Tas ir tāpēc, ka gaismas laušanas indekss izraisa izkliedi, kas izraisa starpkodu traucējumus gaismas impulsā, tādējādi paplašinot izvades galu.

Kas ir stiepšanās?

Paplašināšana nozīmē, ka dažāda viļņa garuma gaisma vidē pārvietojas ar atšķirīgu ātrumu dažādu laušanas koeficientu dēļ, kā rezultātā palielinās spektrālais platums. Citiem vārdiem sakot, kad gaismas stars tiek pārraidīts vidē, dažiem gaismas viļņiem ir liels refrakcijas koeficients un tie nopietni novirzās no skrejceļa.

Dažiem gaismas viļņiem ir mazs laušanas koeficients, un, lai gan tie ir greizi, tie joprojām var virzīties iepriekš noteiktā virzienā.

Gaismas viļņu disonanse izraisa šī gaismas stara platumu, kas ir lielāks nekā pirms nonākšanas vidē, veidojot paplašināšanos.

Izkliedes gadījumā, jo garāks ir optiskā signāla pārraides attālums, jo nopietnāka būs paplašināšanās. Rezultāts ir signāla kropļojumi un bitu kļūdu līmeņa veiktspējas pasliktināšanās, kas nopietni ietekmē informācijas pārraides kvalitāti.

Kā izvairīties no izkliedes ietekmes uz komunikāciju?

3. Kā izvairīties no dispersijas ietekmes?

Pēc ilga izpētes un izpētes perioda cilvēki ir atraduši veidu, kā izmantot kompensāciju, lai līdzsvarotu izkliedes zudumu. Starp dažādām kompensācijas metodēm dispersijas kompensācijas šķiedru tehnoloģija ir ļoti atzīta dispersijas kompensācijas metode.

Viena no dispersijas kompensācijas metodēm: dispersijas kompensācijas šķiedra DCF

Parastajās vienmoda optisko šķiedru sistēmās optiskās šķiedras darbības viļņa garumam ir augsta pozitīva dispersija pie 1550 nm.

Pozitīvās dispersijas raksturojums: Palielinoties viļņa garumam, laušanas koeficients pakāpeniski samazinās.

Saskaņā ar kompensācijas ideju šīm optiskajām šķiedrām jāpievieno negatīva dispersija dispersijas kompensēšanai, lai nodrošinātu, ka visas optiskās šķiedras līnijas kopējā izkliede ir aptuveni nulle. Dispersijas kompensējošā šķiedra (DCF) ir jauna veida vienmoda šķiedra, kas galvenokārt paredzēta viļņa garumam 1550 nm. Tam ir augsta negatīvā dispersija pie 1550 nm (negatīvās dispersijas un pozitīvās dispersijas īpašības ir pretējas), un to var izmantot parastos vienmodas optisko šķiedru kabeļos. Dispersijas kompensācija tiek veikta optisko šķiedru sistēmā. Kā parādīts zemāk esošajā attēlā, kompensēto pozitīvo un negatīvo dispersiju summa tuvojas nullei pie 1550 nm.

Tālāk ir sniegta formula dispersijas kompensācijas šķiedrai, kas tiek piemērota vienmoda šķiedrai.

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

D(λ s) ir vienmoda šķiedras dispersijas koeficients pie darba viļņa garuma λ s

Dc(λ s) ir DCF dispersijas koeficients pie darbības viļņa garuma λ s

L un LC ir attiecīgi parastās vienmoda šķiedras un D CF garumi.

Praktiskajos lietojumos DCF un vienmoda šķiedras tiek izmantotas virknē pārvades līnijā, lai kompensētu vienmoda šķiedras pozitīvo izkliedi pie 1550 nm optiskā viļņa garuma, lai pagarinātu releja attālumu un samazinātu zudumus, lai nodrošinātu augstu ātrums, liela ietilpība un tālsatiksmes sakari. Kā parādīts zemāk:

Kā dispersijas kompensācijai DCF ir šādas priekšrocības:

Kompensācijas efekts ir ievērojams, un sistēma darbojas stabili.

Darbība ir vienkārša, un kompensācijas šķiedru var tieši savienot ar pārvades sistēmu, lai realizētu kompensāciju.

Izkliedes kompensācijas apmērs ir kontrolējams pēc nepieciešamības un var tikt pielāgots pēc vajadzības atbilstoši pārvades sistēmas nepieciešamajam faktiskajam kompensācijas apjomam.

Paziņojums:

Optiskajam signālam virzoties tālāk pa pārvades līniju, radīsies citi zudumi, piemēram, līnijas vājināšanās. Lai izvairītos no līnijas vājināšanās, ir jāapsver iespēja izmantot EDFA (Erbija leģētu šķiedru pastiprinātāju) ar erbiju leģētu šķiedru pastiprinātāju.