Dispersion er så smuk, hvorfor kan optiske fibre ikke lide det?

For mere end tre hundrede år siden i Europa, på en solrig eftermiddag, lagde Newton sådan en plan.

Lad sollyset skinne på prismet. Efter at have trængt ind i prismet spreder lyset sig til farverige bånd sammensat af rød, orange, gul, grøn, blå og lilla og projiceres op på et gardin i rummet. På denne måde ændres det tilsyneladende gennemsigtige sollys til utrolige farvebånd ved hjælp af prismet.

Herefter åbnede Newton en lodret revne i midten af ​​gardinet og arrangerede et andet prisme og et andet gardin bag gardinet.

Jeg så ham dreje det første prisme og projicere syv farverige bånd af rød, orange, gul, grøn, blå og lilla på revnerne i det første gardin og derefter gennem det andet prisme på det andet gardin. Et mirakel skete. Det, der dukkede op på det andet gardin, var en enkelt farve af lys. Det skematiske diagram er som følger:

På dette tidspunkt adskilles sollyset i flere enkeltfarver og præsenteres på det andet gardin. Lord Niu bruger et prisme til at bryde hemmeligheden: lys kan spredes! Sollyset ser ud til at være forseglet, og der er en farverig kerne under det almindelige udseende. Det er det, vi ofte kalder spredning af lys.

1. Hvordan produceres dispersion?

Fænomenet, at sammensat lys nedbrydes i tre farver, kaldes spredning af lys.

I prismeforsøget kommer sollys (det vil sige sammensat lys) ind i glasset fra luften, og kommer derefter ind i luften fra glasset, hvor det brydes to gange. Du skal vide, at alt er gavnligt. Når der opstår brydning, vil lys naturligt vælge den korteste vej og bevæge sig fremad, samtidig med at energitabet minimeres. Fra Newtons prismeeksperiment ovenfor ved vi, at sammensat lys i det væsentlige er sammensat af mange enkelte lys i forskellige farver. Disse lys har forskellige bølgelængder, og energien af ​​lys med forskellige bølgelængder er meget forskellig. Det er svært at forene meningerne, og lyset af forskellige bølgelængder har forskellige meninger om, hvordan man vælger vejen efter brydning. Derfor, efter at de var kommet ud af prismet, "skiltes veje".

Så hvorfor spredes lyset? Det viser sig, at det, der forårsager denne spredning, er lysets bølgelængde. Lys med forskellige bølgelængder har forskellige brydningsindekser i mediet og forskellige udbredelseshastigheder (baner), hvilket uundgåeligt vil få lyset til at spredes og spredes, og der dannes spredning.

Spredningsfænomenet lys viser, at lysets hastighed, der udbreder sig i mediet, har en stor sammenhæng med brydningsindekset. Jo større brydningsindeks, jo mindre lyshastighed. Se følgende formel:

V=C/N

C er lysets udbredelseshastighed i vakuum,

konstant 300,000 km/s

N er brydningsindekset for mediet til lys

2. Effekten af ​​spredning

Selvom spredning kan hjælpe os ind i en farverig verden, inden for kommunikation, er spredning virkelig ikke så smuk.

Under transmissionen af ​​optiske signaler i optiske fibre er spredning en af ​​de vigtige faktorer, der forårsager tab.

Dette skyldes, at lysets brydningsindeks forårsager spredning, som forårsager inter-kode interferens i lysimpulsen og derved udvider output-enden.

Hvad er stretching?

Udvidelse betyder, at lys med forskellige bølgelængder bevæger sig med forskellige hastigheder i mediet på grund af forskellige brydningsindekser, hvilket resulterer i en stigning i spektral bredde. Med andre ord, når en lysstråle transmitteres i et medium, har nogle lysbølger et stort brydningsindeks og afviger alvorligt fra landingsbanen.

Nogle lysbølger har et lille brydningsindeks, og selvom de er skæve, kan de stadig rejse i en forudbestemt retning.

Dissonansen af ​​lysbølger bevirker, at bredden af ​​denne lysstråle er større end før den kom ind i mediet, hvilket danner en udvidelse.

I tilfælde af spredning, jo længere den optiske signaltransmissionsafstand er, jo mere alvorlig vil udvidelsen være. Resultatet er signalforvrængning og forringelse af bitfejlfrekvensens ydeevne, hvilket alvorligt påvirker kvaliteten af ​​informationstransmissionen.

Hvordan undgår man spredningens indvirkning på kommunikationen?

3. Hvordan undgår man påvirkning af spredning?

Efter en lang periode med udforskning og forskning har folk fundet en måde at bruge kompensation til at balancere tabet af spredning. Blandt forskellige kompensationsmetoder er dispersionskompensationsfiberteknologi en meget anerkendt dispersionskompensationsmetode.

En af spredningskompensationsmetoderne: dispersionskompensationsfiber DCF

I almindelige single-mode optiske fibersystemer har den optiske fibers driftsbølgelængde høj positiv spredning ved 1550nm.

Karakteristika for positiv spredning: Efterhånden som bølgelængden øges, falder brydningsindekset gradvist.

Ifølge ideen om kompensation skal der tilføjes negativ spredning til disse optiske fibre til spredningskompensation for at sikre, at den totale spredning af hele den optiske fiberlinie er tilnærmelsesvis nul. Den dispersionskompenserende fiber (DCF) er en ny type single-mode fiber hovedsageligt designet til 1550nm bølgelængden. Den har høj negativ spredning ved 1550nm (egenskaberne ved negativ spredning og positiv spredning er modsatte) og kan bruges i almindelige single-mode fiberoptiske kabler. Dispersionskompensation udføres i det optiske fibersystem. Som vist i figuren nedenfor nærmer summen af ​​de kompenserede positive og negative dispersioner sig nul ved 1550nm.

Følgende er formlen for spredningskompensationsfiber anvendt på single-mode fiber.

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

D( λ s) er spredningskoefficienten for single-mode fiber ved driftsbølgelængde λ s

Dc( λ s) er spredningskoefficienten for DCF ved driftsbølgelængden λ s

L og LC er længderne af henholdsvis konventionel single-mode fiber og D CF.

I praktiske applikationer bruges DCF og single-mode fiber i serie i transmissionslinjen for at kompensere den positive spredning af single-mode fiber ved 1550nm optisk bølgelængde for at forlænge relæafstanden og reducere tab, for at realisere høj- hastighed, stor kapacitet og langdistancekommunikation. Som vist nedenfor:

Som spredningskompensation har DCF følgende fordele:

Kompensationseffekten er bemærkelsesværdig, og systemet fungerer stabilt.

Betjeningen er enkel, og kompensationsfiberen kan tilsluttes direkte til transmissionssystemet for at realisere kompensation.

Spredningskompensationsbeløbet kan styres efter behov og kan justeres efter behov i henhold til den faktiske kompensationsbeløb, der kræves af transmissionssystemet.

Varsel:

Når det optiske signal bevæger sig længere på transmissionslinjen, vil andre tab forekomme, såsom linjedæmpning. For at undgå linjedæmpning er det nødvendigt at overveje at bruge EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) ​​erbium-dopet fiberforstærker.