波長分散とその補償とは？

導入 クロマチック 分散

色（波長）分散とは、パルスの異なるスペクトル成分が異なる速度で伝搬する現象です。分散は主に、異なる波長の電磁波が同じ媒質内を異なる速度で伝搬することによって生じます。たとえば、青色光（短波長）は赤色光（長波長）よりも速く伝送されます。補正しないままにすると、分散によってパルスが拡がります。総分散は一般に、材料分散、導波路分散、モード分散の組み合わせと考えられています。

 ～の種類 クロマチック 光ファイバー内の分散

材料分散と導波路分散

材料分散とは、信号周波数（または波長）の変化によってガラス材料の屈折率が変化することに起因する遅延時間分散です。

導波路分散について説明します。光ファイバーでは、信号の一部はコア内を、残りの一部はクラッド内を伝搬し、全体の モードフィールド径 は波長によって変化します。コアの屈折率はクラッドの屈折率と異なるため、モードフィールド径の変化によって平均分散指数も変化し、それに伴って信号速度も変化します。この効果による速度変化と波長変化の比率は、次のように知られています 導波路分散.

の概念 モード分散

実際、モード分散と波長分散を混同してはいけません。モード分散は、マルチモードファイバーやその他の導波路で発生する歪みのメカニズムです。同じファイバー内では、高次モードは終端に到達するまでに長い距離を進み、低次モードは短い距離を進みます。つまり、高次モードは終端に到達するまでに長い時間がかかり、低次モードはその地点に到達するまでの時間が短くなります。同じ長さのファイバーにおいて、最高次モードと最低次モードが終端に到達する時間の差が、このファイバーによって生じるパルス広がりです。ここでは、光信号の伝搬速度が各モードで異なるため、信号は時間の経過とともに伝搬するにつれて歪みます。理想的な条件でも、同じ波長の光源でさえモード分散が生じます。モード分散には、マルチモード歪み、マルチモード分散、モード歪み、マルチモード歪みなどの別名があります。

偏波モード分散

偏波モード分散 (PMD) とは、光ファイバー内の2つの直交偏波の群速度分散が異なり、単一の DCF ではこれら2つの群速度分散(GVD)を同時に補償できないことを意味します。 群速度分散 (GVD) は分散媒質の特性であり、その媒質を通過する光パルスの持続時間に媒質がどのような影響を与えるかを判断するために最も一般的に使用されます。 さらに、PMD やその他の種類の分散は、通信システムの性能を低下させます。 次の段落では、波長分散が伝送システムにどのような影響を与えるかを説明します。

光ファイバー分散効果がOTNシステムに及ぼす影響

波長分散により受信側で信号が歪み、光ファイバー内の信号の伝送容量と伝送距離が制限されます。

前述のとおり、光信号の伝送距離を制限する重要な要因の一つが波長分散現象です。単一チャネルの信号速度が高いほど、波長分散の影響が大きくなり、それに伴って波長分散制御に対する要件も高くなります。2.5Gbps DWDMシステムの分散耐性は、10Gbps DWDMシステムの16倍です。言い換えると、分散耐性は信号速度の2乗に反比例します。分散は累積効果であり、その値は伝送距離に応じて増加し、影響も距離とともに大きくなります。この影響を低減するには、光ファイバー内の分散を抑える必要があります。

光ファイバー分散補償技術

現在、光ファイバーの分散補償技術には、主に分散補償ファイバー（DCF）、ファイバーブラッググレーティング（FBG）、電気的分散補償技術などがあります。基本モードを使用するDCF分散補償技術は比較的成熟しており、簡素で実用性にも優れています。以下の図では、これらの技術の違いについて説明します。

分散補償ファイバ

分散補償ファイバ（DCF）は、G.652ファイバとは正反対の負の波長分散を持つ特殊なファイバであり、G.652の通常分散の影響を相殺できます。ただし、強い光による深刻な非線形効果は避ける必要があります。

下図に示すように、伝送光ファイバーとは分散の符号が反対の分散補償光ファイバー（DCF）を使用して、分散を周期的に補償します。現在、伝送速度が2.5 Gb/sを超える中長距離システムでは、分散補償技術が採用されています。DCFで構成された分散補償モジュール（DCM）は、各光ファイバースパンまたは複数の光ファイバースパンの出力端に配置されます。

FBGによる分散補償

ファイバーブラッググレーティング（FBG）とは、ファイバーコア内の屈折率が長手方向に沿って高屈折率から低屈折率へと変化する光ファイバーです。FBGを使用することで、長距離伝送における分散の度合いを大幅に低減できます。

ファイバーブラッググレーティングは光ファイバー内部に刻まれています。

分散補償あり TDCM

高速 DWDM システムで広く使用されており、通過する光信号を異なる波長で異なる光路に伝送できます。これにより、周期的な分散効果が生じます。さらに、各サイクルで周期的な分散効果を生成できます。高度に制御可能な線形群遅延応答を実現します。

適切に設定することで、モジュールの群遅延応答を使用し、光ファイバーによる長距離伝送後のDWDM光通信システムにおける信号の分散問題を効果的に補償できます。高度に制御可能な線形群遅延応答。適切に設定することで、モジュールの群遅延応答を使用し、光ファイバーによる長距離伝送後のDWDM光通信システムにおける信号の分散問題を効果的に補償できます。

結論

一般に、色分散が伝送システムに及ぼす悪影響は重大です。伝送距離が60kmを超えると、信号の変形を防ぐために分散制御を検討する必要が生じることがよくあります。この場合、DCMまたはTDCMを使用して、材料分散、モード分散、導波路分散などの分散を相殺します。

分散により、受信機側で信号が歪みます。歪みがそれほど大きくなければ、受信機は引き続き信号を判別し、正しい情報を復元できます。歪みが深刻すぎる場合、受信機は情報を復元できなくなります。このしきい値が光モジュールの分散耐性です。分散耐性の高いコンポーネントでは、分散による望ましくない影響を除去するためにより多くの対策が施されるため、コストが増加し、販売価格も高くなります。QSFPTEKが販売する長距離モジュールは非常に費用対効果が高く、優れた伝送性能を備えています。ようこそ お問い合わせ.

参照されている内容の一部： https://www.sciencedirect.com/