Dyspersja jest taka piękna, dlaczego nie lubią jej światłowody?

Ponad trzysta lat temu w Europie, pewnego słonecznego popołudnia, Newton przedstawił taki plan.

Niech światło słoneczne świeci na pryzmacie. Po przeniknięciu przez pryzmat światło rozprzestrzenia się na kolorowe wstęgi składające się z czerwieni, pomarańczy, żółci, zieleni, błękitu i fioletu i jest rzucane na zasłonę w pomieszczeniu. W ten sposób pozornie przezroczyste światło słoneczne za pomocą pryzmatu zmienia się w niesamowite pasma kolorów.

Następnie Newton otworzył pionową szczelinę pośrodku kurtyny i umieścił za nią drugi pryzmat i drugą zasłonę.

Widziałem, jak obracał pierwszy pryzmat i rzucał siedem kolorowych wstęg w kolorze czerwonym, pomarańczowym, żółtym, zielonym, niebieskim i fioletowym na pęknięcia w pierwszej kurtynie, a następnie przez drugi pryzmat na drugą kurtynę. Wydarzył się cud. Na drugiej zasłonie pojawiło się światło o pojedynczej barwie. Schemat ideowy jest następujący:

W tym momencie światło słoneczne jest rozdzielane na wiele pojedynczych kolorów i prezentowane na drugiej kurtynie. Lord Niu używa pryzmatu, aby złamać tajemnicę: światło można rozproszyć! Światło słoneczne wydaje się być zapieczętowane, a pod zwykłym wyglądem znajduje się kolorowy rdzeń. To jest to, co często nazywamy rozproszeniem światła.

1. Jak powstaje dyspersja?

Zjawisko rozkładu światła złożonego na trzy kolory nazywa się dyspersją światła.

W eksperymencie z pryzmatem światło słoneczne (czyli światło złożone) wpada do szkła z powietrza, a następnie wchodzi do powietrza ze szkła, gdzie ulega dwukrotnemu załamaniu. Musisz wiedzieć, że wszystko jest korzystne. Kiedy nastąpi załamanie, światło w naturalny sposób wybierze najkrótszą drogę i będzie poruszać się do przodu, minimalizując jednocześnie straty energii. Z powyższego eksperymentu z pryzmatem Newtona wiemy, że światło złożone składa się zasadniczo z wielu pojedynczych świateł o różnych kolorach. Światła te mają różne długości fal, a energia światła o różnych długościach fal jest bardzo różna. Trudno pogodzić opinie, a światło o różnych długościach fal ma odmienne zdanie na temat wyboru drogi po załamaniu. Dlatego po wyjściu z pryzmatu „rozeszły się”.

Dlaczego więc światło się rozprasza? Okazuje się, że przyczyną tego rozproszenia jest długość fali światła. Światło o różnych długościach fal ma różne współczynniki załamania światła w ośrodku i różne prędkości propagacji (ścieżki), co nieuchronnie spowoduje rozprzestrzenianie się światła (światła) i powstawanie dyspersji.

Zjawisko dyspersji światła pokazuje, że prędkość rozchodzenia się światła w ośrodku ma duży związek ze współczynnikiem załamania światła. Im większy współczynnik załamania światła, tym mniejsza prędkość światła. Zobacz poniższą formułę:

V=C/N

C to prędkość propagacji światła w próżni,

stała 300,000 km/s

N jest współczynnikiem załamania światła w ośrodku

2. Efekt dyspersji

Chociaż rozproszenie może pomóc nam wejść w kolorowy świat, w dziedzinie komunikacji rozproszenie naprawdę nie jest takie piękne.

Podczas transmisji sygnałów optycznych w światłowodach jednym z ważnych czynników powodujących straty jest dyspersja.

Dzieje się tak, ponieważ współczynnik załamania światła powoduje rozproszenie, co powoduje interferencję międzykodową w impulsie świetlnym, poszerzając w ten sposób koniec wyjściowy.

Co to jest rozciąganie?

Poszerzenie oznacza, że ​​światło o różnych długościach fal przemieszcza się w ośrodku z różnymi prędkościami ze względu na różne współczynniki załamania światła, co powoduje wzrost szerokości widma. Innymi słowy, gdy wiązka światła jest przepuszczana w ośrodku, niektóre fale świetlne mają duży współczynnik załamania światła i znacznie odchylają się od pasa startowego.

Niektóre fale świetlne mają mały współczynnik załamania światła i chociaż są krzywe, nadal mogą przemieszczać się w określonym kierunku.

Dysonans fal świetlnych powoduje, że szerokość tej wiązki światła jest większa niż przed wejściem do ośrodka, tworząc poszerzenie.

W przypadku rozproszenia, im dłuższa odległość transmisji sygnału optycznego, tym poważniejsze będzie poszerzenie. W rezultacie dochodzi do zniekształcenia sygnału i pogorszenia się bitowej stopy błędów, co poważnie wpływa na jakość transmisji informacji.

Jak uniknąć wpływu rozproszenia na komunikację?

3. Jak uniknąć wpływu dyspersji?

Po długim okresie poszukiwań i badań ludzie znaleźli sposób na wykorzystanie kompensacji w celu zrównoważenia utraty dyspersji. Spośród różnych metod kompensacji, technologia światłowodowa z kompensacją dyspersji jest wysoce uznaną metodą kompensacji dyspersji.

Jedna z metod kompensacji dyspersji: włókno kompensujące dyspersję DCF

W zwykłych jednomodowych systemach światłowodowych długość fali roboczej światłowodu ma wysoką dyspersję dodatnią przy 1550 nm.

Charakterystyka dyspersji dodatniej: Wraz ze wzrostem długości fali współczynnik załamania światła stopniowo maleje.

Zgodnie z koncepcją kompensacji, do tych włókien optycznych należy dodać ujemną dyspersję w celu kompensacji dyspersji, aby zapewnić, że całkowite rozproszenie całej linii światłowodu będzie wynosić w przybliżeniu zero. Światłowód kompensujący dyspersję (DCF) to nowy typ światłowodu jednomodowego, przeznaczony głównie dla długości fali 1550 nm. Ma wysoką dyspersję ujemną przy 1550 nm (charakterystyka dyspersji ujemnej i dyspersji dodatniej są przeciwne) i może być stosowany w zwykłych kablach światłowodowych jednomodowych. Kompensacja dyspersji realizowana jest w systemie światłowodowym. Jak pokazano na poniższym rysunku, suma skompensowanych dodatnich i ujemnych dyspersji zbliża się do zera przy 1550 nm.

Poniżej znajduje się wzór na światłowód kompensujący dyspersję zastosowany do światłowodu jednomodowego.

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

D( λ s) to współczynnik dyspersji światłowodu jednomodowego przy roboczej długości fali λ s

Dc( λ s) to współczynnik dyspersji DCF przy roboczej długości fali λ s

L i LC to odpowiednio długości konwencjonalnego światłowodu jednomodowego i D CF.

W praktycznych zastosowaniach DCF i światłowód jednomodowy są używane szeregowo w linii transmisyjnej, aby kompensować dodatnią dyspersję światłowodu jednomodowego przy długości fali optycznej 1550 nm, aby wydłużyć odległość przekaźnika i zmniejszyć straty, aby uzyskać wysoką wydajność prędkość, duża pojemność i komunikacja na duże odległości. Jak pokazano niżej:

Jako kompensacja dyspersji DCF ma następujące zalety:

Efekt kompensacji jest niezwykły, a system działa stabilnie.

Operacja jest prosta, a włókno kompensacyjne można bezpośrednio podłączyć do systemu przesyłowego w celu realizacji kompensacji.

Wielkość kompensacji dyspersji można regulować w zależności od potrzeb i można ją regulować w zależności od potrzeb, zgodnie z rzeczywistą wielkością kompensacji wymaganą przez system przesyłowy.

Ogłoszenie:

W miarę przemieszczania się sygnału optycznego dalej w linii przesyłowej wystąpią inne straty, takie jak tłumienie linii. Aby uniknąć tłumienia linii, należy rozważyć zastosowanie wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego erbem EDFA (Erbium-Doped Fibre Amplifier).