Что такое хроматическая дисперсия и ее компенсация?

Введение в Хроматический Дисперсия

Хроматическая (дисперсия по длине волны) дисперсия — это явление, при котором различные спектральные компоненты импульса распространяются с разной скоростью. Дисперсия главным образом обусловлена тем, что электромагнитные волны разных длин волн распространяются в одной и той же среде с разными скоростями. Например, синий свет (короткая длина волны) передается быстрее красного света (длинная длина волны). Если не компенсировать дисперсию, она ограничивает расширение импульса. Обычно считается, что общая дисперсия представляет собой сочетание материальной, волноводной и модовой дисперсии.

 Типы Хроматический дисперсия в оптическом волокне

Материальная дисперсия и дисперсия волновода

Материальная дисперсия — это дисперсия времени задержки, вызванная тем, что показатель преломления стеклянного материала изменяется при изменении частоты (или длины волны) сигнала.

Рассмотрим дисперсию волновода. В оптических волокнах сигнал распространяется частично по сердцевине и частично по оболочке, а общая диаметр модового поля изменяется с изменением длины волны. Поскольку показатель преломления сердцевины отличается от показателя преломления оболочки, изменения диаметра модового поля также изменяют средний показатель дисперсии и, следовательно, скорость сигнала. Отношение изменения скорости к изменению длины волны вследствие этого эффекта известно как дисперсия волновода.

Концепция модальная дисперсия

На самом деле модальную дисперсию нельзя путать с хроматической дисперсией. Модальная дисперсия представляет собой механизм искажения, возникающий в многомодовых волокнах и других волноводах. В одном и том же волокне моде высокого порядка требуется большое расстояние для достижения конечной точки, а мода низкого порядка проходит короткое расстояние, то есть моде высокого порядка требуется много времени для достижения конечной точки, а моде низкого порядка — мало времени для достижения этой точки. В волокне одинаковой длины разница во времени между достижением конечной точки модами самого высокого и самого низкого порядка представляет собой уширение импульса, создаваемое этим волокном. Поскольку скорость распространения оптического сигнала различается для всех мод, сигнал со временем искажается при распространении. В идеальном случае модальная дисперсия возникает даже у источника света с одинаковой длиной волны. Модальная дисперсия также имеет другие названия, такие как многомодовое искажение, многомодовая дисперсия, модальное искажение, многомодовое искажение и т. д.

Дисперсия моды поляризации

Поляризационная модовая дисперсия (PMD) означает, что групповые скорости двух ортогональных поляризаций в волокне различаются, а один DCF не может одновременно компенсировать эти две групповые дисперсии (GVD). Групповая дисперсия (GVD) является свойством диспергирующих сред и чаще всего используется для определения влияния среды на длительность проходящих через нее световых импульсов. Кроме того, PMD и другие типы дисперсии ухудшают характеристики телекоммуникационных систем. В следующем абзаце будет объяснено, как хроматическая дисперсия влияет на систему передачи.

Влияние дисперсии оптоволокна на систему OTN

Хроматическая дисперсия будет искажать сигнал на приемном конце, а пропускная способность и дальность передачи сигнала по оптическому волокну будут ограничены.

Как упоминалось выше, важным фактором, ограничивающим дальность передачи оптического сигнала, является явление хроматической дисперсии. Чем выше скорость одноканального сигнала, тем сильнее влияние хроматической дисперсии и тем выше соответствующие требования к ее контролю. Дисперсионная стойкость системы DWDM 2.5Gbps в 16 раз выше, чем у системы DWDM 10Gbps. Иными словами, дисперсионная стойкость обратно пропорциональна квадрату скорости сигнала. Дисперсия является накопительным эффектом: ее значение увеличивается с длиной линии передачи, а влияние также возрастает с расстоянием. Для уменьшения этого эффекта необходимо снизить дисперсию в волокне.

Технология компенсации дисперсии в оптическом волокне

В настоящее время технология компенсации дисперсии в оптоволокне в основном включает компенсирующее дисперсию волокно (DCF), волоконную брэгговскую решетку (FBG), технологию электронной компенсации дисперсии и другие методы. Технология компенсации дисперсии DCF, использующая основную моду, является относительно зрелой, простой и практичной. На приведенной ниже схеме показаны различия между этими технологиями.

Волокно с компенсацией дисперсии

Волокно компенсации дисперсии (DCF) — это специальное волокно с отрицательной хроматической дисперсией, которая противоположна дисперсии волокна G.652 и может компенсировать воздействие обычной дисперсии G.652. Однако следует избегать серьезных нелинейных эффектов при высокой мощности оптического сигнала.

Как показано на рисунке ниже, для периодической компенсации дисперсии используется волокно компенсации дисперсии (DCF), знак дисперсии которого противоположен знаку дисперсии передающего волокна. В настоящее время в системах средней и дальней связи со скоростями передачи выше 2.5 Gb/s применяется технология компенсации дисперсии. Модуль компенсации дисперсии (DCM), изготовленный из DCF, размещается на выходном конце каждого или нескольких пролетов волокна.

Компенсация дисперсии с помощью FBG

Волоконная брэгговская решётка (FBG) представляет собой оптическое волокно, в котором показатель преломления внутри сердцевины волокна изменяется от высокого к низкому вдоль его длины. Использование FBG позволяет значительно уменьшить степень дисперсии при передаче на большие расстояния.

Волоконные брэгговские решетки записываются внутри оптических волокон.

С компенсацией дисперсии TDCM

Широко используемый в высокоскоростных системах DWDM, он позволяет проходящим оптическим сигналам передаваться по разным оптическим путям на разных длинах волн. Тем самым создаются периодические дисперсионные эффекты. Кроме того, каждый цикл может создавать периодические дисперсионные эффекты. Это обеспечивает высококонтролируемую линейную характеристику групповой задержки.

Благодаря рациональным настройкам характеристику групповой задержки модуля можно использовать для эффективной компенсации проблемы дисперсии сигнала в оптической системе связи DWDM после дальней передачи по волокну. Высокоуправляемая линейная характеристика групповой задержки. Благодаря рациональным настройкам характеристику групповой задержки модуля можно использовать для эффективной компенсации проблемы дисперсии сигнала в оптической системе связи DWDM после дальней передачи по волокну.

Заключение

В целом негативное влияние хроматической дисперсии на систему передачи является существенным. Когда расстояние передачи превышает 60km, часто необходимо учитывать управление дисперсией, чтобы избежать искажений сигнала. В этом случае мы используем DCM или TDCM для компенсации таких видов дисперсии, как материальная дисперсия, модовая дисперсия и волноводная дисперсия.

Из-за дисперсии сигнал искажается на приемнике. Если искажение недостаточно велико, приемник все еще может распознать сигнал и восстановить правильную информацию. Если искажение слишком сильное, приемник больше не может восстановить информацию. Этот порог является допустимым уровнем дисперсии оптического модуля. Компоненты с высокой устойчивостью к дисперсии требуют больших усилий для устранения нежелательных эффектов дисперсии и поэтому стоят дороже, что приводит к более высоким продажным ценам. Модули для передачи данных на большие расстояния, продаваемые QSFPTEK, отличаются невероятной экономичностью и хорошими характеристиками передачи. Добро пожаловать на свяжитесь с нами.

Часть содержимого, посвященная: https://www.sciencedirect.com/