Was ist chromatische Dispersion und Kompensation?

Einführung von Chromatisch Dispersion

Chromatische(Wellenlängen-)Dispersion ist das Phänomen, bei dem sich verschiedene spektrale Komponenten eines Impulses mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. Dispersion wird hauptsächlich dadurch verursacht, dass sich elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Wellenlängen im selben Medium mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. Beispielsweise wird blaues Licht (kurze Wellenlänge) schneller übertragen als rotes Licht (lange Wellenlänge). Unkorrigiert begrenzt Dispersion die Impulsverbreiterung. Die Gesamtdispersion wird im Allgemeinen als Kombination aus Materialdispersion, Wellenleiterdispersion und Modendispersion betrachtet.

 Die Typen von Chromatisch Dispersion in Glasfaser

Materialdispersion und Wellenleiterdispersion

Materialdispersion ist eine Laufzeitdispersion, die dadurch verursacht wird, dass sich der Brechungsindex des Glasmaterials durch die Änderung der Signalfrequenz (oder Wellenlänge) ändert.

Lassen Sie uns die Wellenleiterdispersion vorstellen. In Glasfasern bewegt sich das Signal teilweise im Kern und teilweise im Mantel, und die gesamte Modenfelddurchmesser ändert sich mit der Wellenlänge. Da sich der Brechungsindex im Kern vom Brechungsindex im Mantel unterscheidet, ändern Änderungen des Modenfelddurchmessers auch den durchschnittlichen Dispersionsindex und damit die Signalgeschwindigkeit. Das Verhältnis der Geschwindigkeitsänderung zur Wellenlängenänderung aufgrund dieses Effekts ist bekannt als Wellenleiterdispersion.

Das Konzept von modale Dispersion

Tatsächlich kann modale Dispersion nicht mit chromatischer Dispersion verwechselt werden. Modale Dispersion ist ein Verzerrungsmechanismus, der in Multimode-Fasern und anderen Wellenleitern auftritt. In derselben Faser legt der Modus höherer Ordnung eine lange Strecke bis zum Endpunkt zurück, und der Modus niedriger Ordnung legt eine kurze Strecke zurück, was bedeutet, dass der Modus höherer Ordnung lange braucht, um den Endpunkt zu erreichen, und der Modus niedriger Ordnung nur kurze Zeit braucht, um den Punkt zu erreichen. Bei einer Faser gleicher Länge ist die Zeitdifferenz zwischen dem Erreichen des Endpunkts durch den Modus höchster Ordnung und den Modus niedrigster Ordnung die durch diese Faser erzeugte Pulsverbreiterung. Da hier die Ausbreitungsgeschwindigkeit des optischen Signals für alle Modi unterschiedlich ist, wird das Signal verzerrt, während es sich mit der Zeit ausbreitet. Idealerweise hätte selbst eine Lichtquelle derselben Wellenlänge modale Dispersion. Modale Dispersion hat auch andere Bezeichnungen wie multimodale Verzerrung, multimodale Dispersion, modale Verzerrung, multimodale Verzerrung usw.

Polarisationsmodendispersion

Polarisationsmodendispersion (PMD) bedeutet, dass die Gruppenlaufzeitdispersionen zweier orthogonaler Polarisationen in der Faser unterschiedlich sind und eine einzelne DCF diese beiden Gruppenlaufzeitdispersionen (GVD) nicht gleichzeitig kompensieren kann. Gruppenlaufzeitdispersion (GVD) ist eine Eigenschaft dispersiver Medien, die am häufigsten verwendet wird, um zu bestimmen, wie das Medium die Dauer von Lichtimpulsen beeinflusst, die es durchlaufen. Darüber hinaus beeinträchtigen PMD und andere Arten von Dispersion die Leistung von Telekommunikationssystemen. Der nächste Absatz wird erklären, wie chromatische Dispersion das Übertragungssystem beeinflusst.

Einfluss des Glasfaserdispersionseffekts auf das OTN-System

Chromatische Dispersion verzerrt das Signal am Empfangsende, und die Übertragungskapazität sowie die Übertragungsdistanz des Signals in der Glasfaser werden begrenzt.

Wie oben erwähnt, ist ein wichtiger Faktor, der die Übertragungsdistanz eines optischen Signals begrenzt, das Phänomen der chromatischen Dispersion. Je höher die Signalrate pro Kanal ist, desto größer ist der Einfluss der chromatischen Dispersion und desto entsprechend höher sind die Anforderungen an die Kontrolle der chromatischen Dispersion. Die Dispersionstoleranz des 2.5Gbps-DWDM-Systems ist 16-mal so hoch wie die des 10Gbps-DWDM-Systems. Mit anderen Worten: Die Dispersionstoleranz ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Signalrate. Dispersion ist ein Akkumulationseffekt, dessen Wert mit der Übertragungslänge zunimmt, und auch seine Wirkung nimmt mit der Entfernung zu. Um diesen Effekt zu reduzieren, muss die Dispersion in der Faser verringert werden.

Technologie zur Kompensation der Faserdispersion

Heutzutage umfasst die Technologie zur Kompensation der Faserdispersion hauptsächlich dispersionskompensierende Fasern (DCF), Faser-Bragg-Gitter (FBG), elektrische Dispersionskompensationstechnologie und andere Techniken. Die DCF-Dispersionskompensationstechnologie unter Verwendung des Grundmodus ist relativ ausgereift und einfach sowie relativ praxisnah. Die folgende Grafik zeigt Ihnen den Unterschied zwischen diesen Technologien.

Dispersionskompensationsfaser

Dispersion Compensation Fiber (DCF) ist eine spezielle Faser mit negativer chromatischer Dispersion, die genau das Gegenteil von G.652-Faser ist und die Wirkung der normalen Dispersion von G.652 aufheben kann. Allerdings sollten starke nichtlineare Effekte bei intensivem Licht vermieden werden.

Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, wird eine Dispersion Compensation Fiber (DCF), deren Dispersionsvorzeichen dem der Übertragungsfaser entgegengesetzt ist, verwendet, um eine periodische Dispersionskompensation durchzuführen. Derzeit setzen Mittel- und Langstreckensysteme mit Übertragungsraten über 2.5 Gb/s Dispersionskompensationstechnologie ein. Ein aus DCF hergestelltes Dispersion Compensation Module (DCM) wird am Ausgang jedes oder mehrerer Faserabschnitte platziert.

Dispersionskompensation mit FBG

Ein Faser-Bragg-Gitter (FBG) ist eine optische Faser, bei der sich der Brechungsindex im Faserkern entlang ihrer Länge von einem hohen zu einem niedrigen Brechungsindex ändert. Durch den Einsatz von FBG kann der Grad der Dispersion bei der Übertragung über lange Strecken deutlich reduziert werden.

Faser-Bragg-Gitter werden in optische Fasern eingeschrieben.

Dispersionskompensation mit TDCM

Weit verbreitet in Hochgeschwindigkeits-DWDM-Systemen, kann es die passierenden optischen Signale dazu bringen, verschiedene optische Pfade bei unterschiedlichen Wellenlängen zu übertragen. Dadurch werden periodische Dispersionseffekte erzeugt. Darüber hinaus kann jeder Zyklus periodische Dispersionseffekte erzeugen. Es erreicht eine hochgradig kontrollierbare lineare Gruppenlaufzeitantwort.

Durch sinnvolle Einstellungen kann die Gruppenlaufzeitantwort des Moduls genutzt werden, um das Dispersionsproblem des Signals im optischen DWDM-Kommunikationssystem nach der Fernübertragung über die Faser wirksam zu kompensieren. Hochgradig steuerbare lineare Gruppenlaufzeitantwort. Durch sinnvolle Einstellungen kann die Gruppenlaufzeitantwort des Moduls genutzt werden, um das Dispersionsproblem des Signals im optischen DWDM-Kommunikationssystem nach der Fernübertragung über die Faser wirksam zu kompensieren.

Fazit

Im Allgemeinen ist die nachteilige Auswirkung der chromatischen Dispersion auf das Übertragungssystem erheblich. Sobald die Übertragungsstrecke mehr als 60km erreicht, ist es oft notwendig, Dispersionskontrolle in Betracht zu ziehen, um Signalverformungen zu vermeiden. Zu diesem Zeitpunkt verwenden wir DCM oder TDCM, um Dispersionen wie Materialdispersion, Modendispersion und Wellenleiterdispersion auszugleichen.

Aufgrund von Dispersion wird das Signal am Empfänger verzerrt. Wenn die Verzerrung nicht zu groß ist, kann der Empfänger das Signal dennoch beurteilen und die korrekten Informationen wiederherstellen. Ist die Verzerrung zu stark, kann der Empfänger die Informationen nicht mehr wiederherstellen. Dieser Schwellenwert ist die Dispersionstoleranz des optischen Moduls. Komponenten mit hoher Dispersionstoleranz unternehmen größere Anstrengungen, die unerwünschten Auswirkungen der Dispersion zu beseitigen, und kosten daher mehr, was zu höheren Verkaufspreisen führt. Die von QSFPTEK verkauften Langstreckenmodule sind unglaublich kostengünstig und bieten eine gute Übertragungsleistung. Willkommen bei Kontaktieren Sie uns.

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