Dispersia este atât de frumoasă, de ce nu le place fibrelor optice?

În urmă cu peste trei sute de ani, în Europa, într-o după-amiază însorită, Newton a pus la punct un astfel de plan.

Lasă lumina soarelui să strălucească pe prismă. După ce pătrunde în prismă, lumina se răspândește în panglici colorate compuse din roșu, portocaliu, galben, verde, albastru și violet și este proiectată pe o perdea din cameră. În acest fel, lumina soarelui aparent transparentă se schimbă în benzi de culoare incredibile cu ajutorul prismei.

După aceasta, Newton a deschis o crăpătură verticală în mijlocul perdelei și a aranjat o a doua prismă și o a doua perdea în spatele perdelei.

L-am văzut întorcând prima prismă și proiectând șapte panglici colorate de roșu, portocaliu, galben, verde, albastru și violet pe crăpăturile primei perdele, iar apoi prin a doua prismă pe a doua perdea. S-a întâmplat o minune. Ceea ce apărea pe a doua perdea era o singură culoare de lumină. Schema schematică este următoarea:

În acest moment, lumina soarelui este separată în mai multe culori unice și prezentată pe a doua perdea. Lordul Niu folosește o prismă pentru a sparge secretul: lumina poate fi dispersată! Lumina soarelui pare a fi sigilată și există un miez colorat sub aspectul obișnuit. Aceasta este ceea ce numim adesea dispersia luminii.

1. Cum se produce dispersia?

Fenomenul conform căruia lumina compozită este descompusă în trei culori se numește dispersie a luminii.

În experimentul cu prisme, lumina soarelui (adică lumina compozită) intră în sticlă din aer, apoi intră în aer din sticlă, unde este refractată de două ori. Trebuie să știi că totul este benefic. Când are loc refracția, lumina va alege în mod natural calea cea mai scurtă și va merge înainte, reducând în același timp pierderile de energie. Din experimentul cu prismă al lui Newton de mai sus, știm că lumina compozită este compusă în esență din multe lumini unice de culori diferite. Aceste lumini au lungimi de undă diferite, iar energia luminii de diferite lungimi de undă este foarte diferită. Este dificil să reconciliezi opiniile, iar lumina de lungimi de undă diferite are opinii diferite cu privire la modul de a alege calea după refracție. Prin urmare, după ce au ieșit din prismă, s-au „despărțit”.

Deci, de ce se împrăștie lumina? Se pare că ceea ce provoacă această dispersie este lungimea de undă a luminii. Lumina de lungimi de undă diferite are indici de refracție diferiți în mediu și viteze de propagare diferite (căi), ceea ce va determina inevitabil răspândirea și răspândirea luminii (luminii) și se formează dispersia.

Fenomenul de dispersie a luminii arată că viteza de propagare a luminii în mediu are o relație mare cu indicele de refracție. Cu cât indicele de refracție este mai mare, cu atât viteza luminii este mai mică. Vezi următoarea formulă:

V=C/N

C este viteza de propagare a luminii în vid,

constantă 300,000 km/s

N este indicele de refracție al mediului la lumină

2. Efectul dispersiei

Deși dispersia ne poate ajuta să intrăm într-o lume colorată, în domeniul comunicațiilor, dispersia chiar nu este chiar atât de frumoasă.

În timpul transmiterii semnalelor optice în fibre optice, dispersia este unul dintre factorii importanți care cauzează pierderi.

Acest lucru se datorează faptului că indicele de refracție al luminii provoacă dispersie, ceea ce provoacă interferențe între coduri în impulsul luminos, lărgind astfel capătul de ieșire.

Ce este întinderea?

Lărgirea înseamnă că lumina de lungimi de undă diferite călătorește cu viteze diferite în mediu datorită indicilor de refracție diferiți, rezultând o creștere a lățimii spectrale. Cu alte cuvinte, atunci când un fascicul de lumină este transmis într-un mediu, unele unde luminoase au un indice de refracție mare și se abat serios de la pistă.

Unele unde luminoase au un indice de refracție mic și, deși sunt strâmbe, totuși pot călători într-o direcție predeterminată.

Disonanța undelor luminoase face ca lățimea acestui fascicul de lumină să fie mai mare decât înainte de a intra în mediu, formând o lărgire.

În cazul dispersiei, cu cât distanța de transmisie a semnalului optic este mai mare, cu atât extinderea va fi mai gravă. Rezultatul este distorsiunea semnalului și deteriorarea performanței ratei de eroare de biți, care afectează grav calitatea transmisiei informațiilor.

Cum să evitați impactul dispersării asupra comunicării?

3. Cum să evitați influența dispersiei?

După o lungă perioadă de explorare și cercetare, oamenii au găsit o modalitate de a folosi compensarea pentru a echilibra pierderea dispersiei. Printre diferitele metode de compensare, tehnologia fibrelor de compensare a dispersiei este o metodă foarte recunoscută de compensare a dispersiei.

Una dintre metodele de compensare a dispersiei: fibra de compensare a dispersiei DCF

În sistemele obișnuite de fibre optice cu un singur mod, lungimea de undă de operare a fibrei optice are o dispersie pozitivă ridicată la 1550 nm.

Caracteristicile dispersiei pozitive: Pe măsură ce lungimea de undă crește, indicele de refracție scade treptat.

Conform ideii de compensare, dispersia negativă trebuie adăugată la aceste fibre optice pentru compensarea dispersiei pentru a se asigura că dispersia totală a întregii linii de fibre optice este aproximativ zero. Fibra de compensare a dispersiei (DCF) este un nou tip de fibră monomod proiectată în principal pentru lungimea de undă de 1550 nm. Are o dispersie negativă ridicată la 1550 nm (caracteristicile dispersiei negative și ale dispersiei pozitive sunt opuse) și poate fi utilizat în cablurile obișnuite de fibră optică monomod. Compensarea dispersiei se realizează în sistemul de fibră optică. După cum se arată în figura de mai jos, suma dispersiilor pozitive și negative compensate se apropie de zero la 1550 nm.

Următoarea este formula pentru fibra de compensare a dispersiei aplicată fibrelor cu un singur mod.

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

D( λ s) este coeficientul de dispersie al fibrei monomod la lungimea de undă de operare λ s

Dc( λ s) este coeficientul de dispersie al DCF la lungimea de undă de operare λ s

L și LC sunt lungimile fibrelor convenționale monomod și, respectiv, D CF.

În aplicațiile practice, DCF și fibra monomodală sunt utilizate în serie în linia de transmisie pentru a compensa dispersia pozitivă a fibrei monomode la o lungime de undă optică de 1550 nm, astfel încât să extindă distanța releului și să reducă pierderile, astfel încât să se realizeze un nivel ridicat. viteză, capacitate mare și comunicare la distanță lungă. Așa cum se arată mai jos:

Ca compensare a dispersiei, DCF are următoarele avantaje:

Efectul de compensare este remarcabil și sistemul funcționează stabil.

Funcționarea este simplă, iar fibra de compensare poate fi conectată direct la sistemul de transmisie pentru a realiza compensarea.

Valoarea de compensare a dispersiei este controlabilă după cum este necesar și poate fi ajustată după cum este necesar, în funcție de valoarea reală de compensare cerută de sistemul de transport.

Înștiințare:

Pe măsură ce semnalul optic se deplasează mai departe pe linia de transmisie, vor apărea și alte pierderi, cum ar fi atenuarea liniei. Pentru a evita atenuarea liniei, este necesar să luați în considerare utilizarea amplificatorului cu fibră dopată cu erbiu EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier).