O que são dispersão cromática e compensação?

Introdução de Cromático Dispersão

A dispersão cromática (comprimento de onda) é o fenômeno no qual diferentes componentes espectrais de um pulso viajam em velocidades diferentes. A dispersão é causada principalmente por ondas eletromagnéticas de diferentes comprimentos de onda que se propagam em velocidades diferentes no mesmo meio. Por exemplo, a luz azul (comprimento de onda curto) transmite mais rapidamente do que a luz vermelha (comprimento de onda longo). Se não for corrigida, a dispersão limita a expansão do pulso. A dispersão total é geralmente considerada a combinação de dispersão material, dispersão de guia de onda e dispersão modal.

 Os tipos de Cromático dispersão em fibra óptica

Dispersão material e dispersão de guia de onda

A dispersão material é uma dispersão do tempo de atraso causada pelo fato de que o índice de refração do material de vidro muda com a alteração da frequência (ou comprimento de onda) do sinal.

Vamos introduzir a dispersão de guia de onda. Em fibras ópticas, o sinal viaja parcialmente no núcleo e parcialmente no revestimento, e o total diâmetro do campo modal varia com o comprimento de onda. Como o índice de refração no núcleo é diferente do índice de refração no revestimento, alterações no diâmetro do campo modal também alteram o índice médio de dispersão e, portanto, a velocidade do sinal. A razão entre a variação da velocidade e a variação do comprimento de onda devido a esse efeito é conhecida como dispersão de guia de onda.

O conceito de dispersão modal

Na verdade, a dispersão modal não pode ser confundida com a dispersão cromática. A dispersão modal é um mecanismo de distorção que ocorre em fibras multimodo e outros guias de onda. Na mesma fibra, o modo de alta ordem percorre uma longa distância para chegar ao ponto final, e o modo de baixa ordem percorre uma curta distância, o que significa que o modo de alta ordem leva muito tempo para chegar ao ponto final, e o modo de baixa ordem leva pouco tempo para chegar ao ponto. Em uma fibra do mesmo comprimento, a diferença de tempo entre o modo de ordem mais alta e o modo de ordem mais baixa ao atingir o ponto final é o alargamento de pulso gerado por essa fibra. Aqui, como a velocidade de propagação do sinal óptico é diferente para todos os modos, o sinal será distorcido à medida que se propaga ao longo do tempo. Idealmente, mesmo uma fonte de luz do mesmo comprimento de onda teria dispersão modal. A dispersão modal tem outros nomes, como distorção multimodal, dispersão multimodal, distorção modal, distorção multimodal etc.

Dispersão por modo de polarização

Dispersão dos Modos de Polarização (PMD) significa que as dispersões de velocidade de grupo de duas polarizações ortogonais na fibra são diferentes, e um único DCF não pode compensar simultaneamente essas duas dispersões de velocidade de grupo(GVD). A dispersão de velocidade de grupo (GVD) é uma propriedade dos meios dispersivos que é mais comumente usada para determinar como o meio afeta a duração dos pulsos de luz que passam por ele. Além disso, a PMD e outros tipos de dispersão prejudicarão o desempenho dos sistemas de telecomunicações. O próximo parágrafo explicará como a dispersão cromática afeta o sistema de transmissão.

Influência do Efeito de Dispersão da Fibra no Sistema OTN

A dispersão cromática distorcerá o sinal na extremidade receptora, e a capacidade de transmissão e a distância de transmissão do sinal na fibra óptica serão limitadas.

Como mencionado acima, um fator importante que limita a distância de transmissão de um sinal óptico é o fenômeno da dispersão cromática. Quanto maior a taxa de sinal de canal único, maior a influência da dispersão cromática e, consequentemente, maiores os requisitos para o controle da dispersão cromática. A tolerância à dispersão do sistema DWDM de 2.5Gbps é 16 vezes maior que a do sistema DWDM de 10Gbps. Em outras palavras, a tolerância à dispersão é inversamente proporcional ao quadrado da taxa de sinal. A dispersão é um efeito cumulativo cujo valor aumenta com o comprimento de transmissão, e seu efeito também aumenta com a distância. Para reduzir esse efeito, a dispersão na fibra precisa ser reduzida.

Tecnologia de compensação de dispersão em fibra

Atualmente, a tecnologia de compensação de dispersão em fibra inclui principalmente fibra de compensação de dispersão (DCF), rede de Bragg em fibra (FBG), tecnologia de compensação de dispersão elétrica e outras técnicas. A tecnologia de compensação de dispersão DCF usando o modo fundamental é relativamente madura, simples e relativamente prática. O gráfico abaixo mostrará a diferença entre essas tecnologias.

Fibra de compensação de dispersão

A fibra de compensação de dispersão (DCF) é uma fibra especial com dispersão cromática negativa, que é exatamente o oposto da fibra G.652, e pode cancelar o efeito da dispersão regular da G.652. No entanto, devem ser evitados efeitos não lineares graves em luz intensa.

Conforme mostrado na figura abaixo, a fibra de compensação de dispersão (DCF), cujo sinal de dispersão é oposto ao da fibra de transmissão, é usada para realizar a compensação periódica da dispersão. Atualmente, os sistemas de média e longa distância com taxas de transmissão acima de 2,5 Gb/s adotam a tecnologia de compensação de dispersão. Um módulo de compensação de dispersão (DCM) feito de DCF é colocado na extremidade de saída de cada trecho de fibra ou de vários trechos.

Compensação de dispersão com FBG

Uma Fiber Bragg Grating (FBG) é uma fibra óptica na qual o índice de refração dentro do núcleo da fibra muda de um índice de refração alto para baixo ao longo de seu comprimento. Ao usar FBG, é possível reduzir significativamente o grau de dispersão na transmissão de longa distância.

As redes de Bragg em fibra são inscritas dentro de fibras ópticas.

Compensação de Dispersão Com TDCM

Amplamente usado em sistemas DWDM de alta velocidade, ele pode fazer com que os sinais ópticos passantes transmitam, amplamente usado em sistemas DWDM de alta velocidade, ele pode fazer com que os sinais ópticos passantes transmitam diferentes caminhos ópticos em diferentes comprimentos de onda. Assim, produzindo efeitos de dispersão periódica. Além disso, cada ciclo pode produzir efeitos de dispersão periódica. Ele alcança uma resposta de atraso de grupo linear altamente controlável.

Por meio de configurações razoáveis, a resposta de atraso de grupo do módulo pode ser usada para compensar efetivamente o problema de dispersão do sinal no sistema de comunicação óptica DWDM após a transmissão de longa distância pela fibra. Resposta linear de atraso de grupo altamente controlável. Por meio de configurações razoáveis, a resposta de atraso de grupo do módulo pode ser usada para compensar efetivamente o problema de dispersão do sinal no sistema de comunicação óptica DWDM após a transmissão de longa distância pela fibra.

Conclusão

Em geral, o efeito adverso da dispersão cromática no sistema de transmissão é substancial. Quando a distância de transmissão atinge mais de 60km, muitas vezes é necessário considerar o controle de dispersão para evitar deformações do sinal. Nesse momento, usamos DCM ou TDCM para compensar a dispersão, como dispersão material, dispersão modal e dispersão de guia de onda.

Devido à dispersão, o sinal é distorcido no receptor. Se a distorção não for grande o suficiente, o receptor ainda consegue avaliar o sinal e recuperar as informações corretas. Se a distorção for séria demais, o receptor não consegue mais recuperar as informações. Esse limite é a tolerância à dispersão do módulo óptico. Componentes com alta tolerância à dispersão dedicarão mais esforço para eliminar os efeitos indesejáveis da dispersão e, portanto, custarão mais, resultando em preços de venda mais altos. Os módulos de longa distância vendidos pela QSFPTEK são incrivelmente econômicos e têm bom desempenho de transmissão. Bem-vindo a entre em contato conosco.

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