Dispersie is zo mooi, waarom houden optische vezels er niet van?

Meer dan driehonderd jaar geleden ontvouwde Newton in Europa, op een zonnige middag, een dergelijk plan.

Laat het zonlicht op het prisma schijnen. Nadat het licht door het prisma is gedrongen, verspreidt het zich in kleurrijke linten bestaande uit rood, oranje, geel, groen, blauw en paars, en wordt het op een gordijn in de kamer geprojecteerd. Zo verandert het schijnbaar transparante zonlicht met behulp van het prisma in ongelooflijke kleurbanden.

Hierna opende Newton een verticale spleet in het midden van het gordijn en plaatste een tweede prisma en een tweede gordijn achter het gordijn.

Ik zag hem het eerste prisma draaien en zeven kleurrijke linten van rood, oranje, geel, groen, blauw en paars projecteren op de scheuren in het eerste gordijn, en vervolgens door het tweede prisma op het tweede gordijn. Er gebeurde een wonder. Wat op het tweede gordijn verscheen, was een enkele kleur licht. Het schematische diagram is als volgt:

Op dit punt wordt het zonlicht gescheiden in meerdere afzonderlijke kleuren en gepresenteerd op het tweede gordijn. Lord Niu gebruikt een prisma om het geheim te doorbreken: licht kan worden verspreid! Het zonlicht lijkt verzegeld en er zit een kleurrijke kern onder het gewone uiterlijk. Dit is wat we vaak de verspreiding van licht noemen.

1. Hoe wordt dispersie geproduceerd?

Het fenomeen waarbij samengesteld licht in drie kleuren wordt ontleed, wordt lichtverspreiding genoemd.

In het prisma-experiment komt zonlicht (dat wil zeggen samengesteld licht) vanuit de lucht het glas binnen en komt vervolgens vanuit het glas de lucht binnen, waar het tweemaal wordt gebroken. Je moet weten dat alles nuttig is. Wanneer breking optreedt, zal het licht op natuurlijke wijze het kortste pad kiezen en vooruit bewegen, terwijl het energieverlies wordt geminimaliseerd. Uit het bovenstaande prisma-experiment van Newton weten we dat samengesteld licht in wezen bestaat uit vele afzonderlijke lichten van verschillende kleuren. Deze lichten hebben verschillende golflengten en de energie van licht met verschillende golflengten is heel verschillend. Het is moeilijk om de meningen met elkaar te verzoenen, en het licht van verschillende golflengten heeft verschillende meningen over hoe het pad na breking moet worden gekozen. Daarom gingen ze, nadat ze uit het prisma kwamen, "uit elkaar".

Dus waarom verstrooit licht? Het blijkt dat de golflengte van het licht deze verspreiding veroorzaakt. Licht met verschillende golflengten heeft verschillende brekingsindexen in het medium en verschillende voortplantingssnelheden (paden), waardoor het licht zich onvermijdelijk zal verspreiden en verspreiden, en er dispersie ontstaat.

Het dispersieverschijnsel van licht laat zien dat de snelheid van het licht dat zich in het medium voortplant een grote relatie heeft met de brekingsindex. Hoe groter de brekingsindex, hoe kleiner de lichtsnelheid. Zie de volgende formule:

V=C/N

C is de voortplantingssnelheid van licht in vacuüm,

constante 300,000 km/s

N is de brekingsindex van het medium voor licht

2. Het effect van spreiding

Hoewel spreiding ons kan helpen een kleurrijke wereld binnen te treden, is spreiding op het gebied van communicatie in werkelijkheid niet zo mooi.

Tijdens de transmissie van optische signalen in optische vezels is dispersie een van de belangrijke factoren die verliezen veroorzaken.

Dit komt omdat de brekingsindex van licht dispersie veroorzaakt, wat intercode-interferentie in de lichtpuls veroorzaakt, waardoor het uitgangsuiteinde wordt verbreed.

Wat is stretchen?

Verbreding betekent dat licht van verschillende golflengten zich met verschillende snelheden in het medium voortbeweegt als gevolg van verschillende brekingsindices, wat resulteert in een toename van de spectrale breedte. Met andere woorden: wanneer een lichtstraal in een medium wordt doorgelaten, hebben sommige lichtgolven een grote brekingsindex en wijken ze ernstig af van de landingsbaan.

Sommige lichtgolven hebben een kleine brekingsindex en hoewel ze krom zijn, kunnen ze zich toch in een vooraf bepaalde richting voortbewegen.

De dissonantie van lichtgolven zorgt ervoor dat de breedte van deze lichtstraal groter is dan voordat deze het medium binnendrong, waardoor een verbreding ontstaat.

In het geval van dispersie geldt dat hoe langer de optische signaaloverdrachtsafstand is, des te ernstiger de verbreding zal zijn. Het resultaat is signaalvervorming en een verslechtering van de bitfoutsnelheid, wat de kwaliteit van de informatieoverdracht ernstig beïnvloedt.

Hoe kan de impact van spreiding op de communicatie worden vermeden?

3. Hoe kan de invloed van verspreiding worden vermeden?

Na een lange periode van verkenning en onderzoek hebben mensen een manier gevonden om compensatie te gebruiken om het verlies aan spreiding te compenseren. Van de verschillende compensatiemethoden is de dispersiecompensatievezeltechnologie een zeer erkende dispersiecompensatiemethode.

Een van de dispersiecompensatiemethoden: dispersiecompensatievezel DCF

In gewone single-mode optische vezelsystemen heeft de bedrijfsgolflengte van de optische vezel een hoge positieve spreiding bij 1550 nm.

Kenmerken van positieve dispersie: Naarmate de golflengte toeneemt, neemt de brekingsindex geleidelijk af.

Volgens het idee van compensatie moet negatieve dispersie aan deze optische vezels worden toegevoegd voor dispersiecompensatie om ervoor te zorgen dat de totale dispersie van de gehele optische vezellijn ongeveer nul is. De dispersiecompenserende vezel (DCF) is een nieuw type single-mode vezel, voornamelijk ontworpen voor de golflengte van 1550 nm. Het heeft een hoge negatieve spreiding bij 1550 nm (de kenmerken van negatieve spreiding en positieve spreiding zijn tegengesteld) en kan worden gebruikt in gewone single-mode glasvezelkabels. Dispersiecompensatie wordt uitgevoerd in het optische vezelsysteem. Zoals weergegeven in de onderstaande figuur nadert de som van de gecompenseerde positieve en negatieve dispersies nul bij 1550 nm.

Het volgende is de formule voor dispersiecompensatievezels toegepast op single-mode glasvezel.

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

D( λ s) is de dispersiecoëfficiënt van single-mode glasvezel bij bedrijfsgolflengte λ s

Dc( λ s) is de dispersiecoëfficiënt van DCF bij de bedrijfsgolflengte λ s

L en LC zijn respectievelijk de lengtes van conventionele single-mode glasvezel en D CF.

In praktische toepassingen worden DCF en single-mode glasvezel in serie in de transmissielijn gebruikt om de positieve spreiding van single-mode glasvezel bij een optische golflengte van 1550 nm te compenseren, om de relaisafstand te vergroten en het verlies te verminderen, om hoge prestaties te realiseren. snelheid, grote capaciteit en langeafstandscommunicatie. Zoals hieronder weergegeven:

Als spreidingscompensatie heeft DCF de volgende voordelen:

Het compensatie-effect is opmerkelijk en het systeem werkt stabiel.

De bediening is eenvoudig en de compensatievezel kan rechtstreeks op het transmissiesysteem worden aangesloten om compensatie te realiseren.

De hoeveelheid dispersiecompensatie is naar behoefte regelbaar en kan indien nodig worden aangepast in overeenstemming met de werkelijke compensatiehoeveelheid die door het transmissiesysteem wordt vereist.

Kennisgeving:

Naarmate het optische signaal verder over de transmissielijn reist, zullen er andere verliezen optreden, zoals lijnverzwakking. Om lijnverzwakking te voorkomen, is het noodzakelijk om het gebruik van een EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) ​​erbium-gedoteerde vezelversterker te overwegen.