O que é dispersão de fibra?
Diferentes componentes de frequência ou diferentes componentes de modo de sinal óptico (pulso) transmitido em fibra óptica se propagam em velocidades diferentes, e distorção de sinal (alargamento de pulso) inevitavelmente ocorrerá após atingir uma certa distância. Este fenômeno é denominado dispersão ou dispersão de fibra óptica. O sinal óptico transmitido em fibra óptica tem uma certa largura de espectro, ou seja, o sinal óptico possui muitos componentes de frequência diferentes. Ao mesmo tempo, na fibra multimodo, o sinal óptico pode ser composto por vários modos, ou seja, cada componente de frequência também pode ser composto por vários componentes de modo.
A dispersão de fibra óptica se refere à distorção do sinal causada por diferentes componentes de frequência e diferentes componentes de modo com diferentes velocidades de transmissão. No sistema de comunicação digital de fibra óptica, a dispersão amplia o pulso óptico. Quando a dispersão é grave, os pulsos ópticos se sobrepõem, causando interferência entre os símbolos e aumentando a taxa de erro de bit. Portanto, a dispersão da fibra óptica não afeta apenas a capacidade de transmissão da fibra óptica, mas também limita a distância do relé do sistema de comunicação de fibra óptica.
Quando a luz se propaga na fibra ótica, porque sua frequência não é uma única frequência, o modo de trabalho não é um único modo de trabalho, então a velocidade de propagação é um pouco diferente, o que é chamado de dispersão. Se a onda modulada for um pulso digital, a largura do sinal demodulado será expandida, o que causará erro de bit e restringirá a melhoria da taxa de transmissão. Quando a forma de onda de modulação é um sinal analógico, o nível após a detecção diminui com o aumento da frequência do sinal, o que mostra distorção não linear e aumenta o componente harmônico da onda fundamental. A transmissão do sinal CATV na rede de fibra óptica provoca a deterioração dos índices CSO e CTB. Esses fenômenos são chamados de características de dispersão da fibra óptica, e as características de dispersão da última também são chamadas de características de largura de banda (ou características de frequência).
A dispersão da fibra mostra um estado de propagação do sinal de entrada na fibra, que se refere à distorção do sinal causada por diferentes componentes de frequência ou diferentes componentes de modo do sinal óptico propagando-se em diferentes velocidades. Inclui principalmente a dispersão intermodal, a dispersão cromática e a dispersão do modo de polarização.
Dispersão intermodal
A dispersão intermodal é um tipo de mecanismo de distorção de sinal em fibras multimodo e outros guias de onda. Na fibra multimodo, os raios de luz que entram na fibra em diferentes ângulos de incidência são definidos como um caminho ou um modo. Devido aos diferentes caminhos de transmissão de cada modo, a velocidade de transmissão (velocidade do grupo) também é diferente, de forma que ocorre a diferença de tempo de transmissão do sinal entre os modos para o terminal de fibra óptica. Em geral, alguns raios de luz passarão diretamente pelo núcleo (modo axial), enquanto outros refletirão para frente e para trás entre os limites do revestimento / núcleo e se propagarão ao longo do guia de onda em zigue-zague, conforme mostrado na fibra multimodo de índice de degrau na figura abaixo. O fato é que uma vez que a luz é refratada, ocorre a dispersão / modo de dispersão intermodal. Existe uma correlação positiva entre o IMD e o caminho de transmissão. Ou seja, o IMD causado pelo modo de ordem superior (o caminho é mais longo quando o raio entra em um ângulo maior) é maior do que o causado pelo modo de ordem inferior (o caminho é mais curto quando o raio entra em um ângulo menor) ângulo).
A fibra multimodo pode acomodar até 17 modos de propagação de luz ao mesmo tempo, e sua dispersão intermodal é muito maior do que a fibra monomodo. Isso porque a fibra monomodo possui um único modo de propagação, ou seja, a luz se propaga ao longo do núcleo (modo axial) sem refletir para o contorno do revestimento, não havendo dispersão intermodal.
No entanto, a situação é diferente se a fibra multimodo de índice graduado for usada. Embora a luz também se propague em modos diferentes, devido ao índice de refração desigual do núcleo, o caminho da luz não é mais uma linha reta, mas uma curva, e a velocidade de propagação da luz também muda. Portanto, a dispersão intermodal pode ser grandemente reduzida selecionando a distribuição de índice de refração apropriada.
Dispersão cromática
A dispersão cromática refere-se ao fenômeno de alargamento de pulso óptico causado por diferentes velocidades de grupo de diferentes componentes de comprimento de onda na fibra óptica, incluindo dispersão de material e dispersão de guia de onda.
A dispersão do material é causada pela dependência do comprimento de onda do índice de refração no material do núcleo, enquanto a dispersão do guia de onda é causada pela dependência da constante de propagação do modo nos parâmetros da fibra (raio do núcleo, diferença do índice de refração entre o núcleo e o revestimento) e o comprimento de onda do sinal. Em certas frequências, a dispersão do material e a dispersão do guia de onda podem se cancelar para obter um comprimento de onda próximo à dispersão cromática zero.
Na verdade, a dispersão cromática nem sempre é desfavorável. A luz se propaga em diferentes velocidades em diferentes comprimentos de onda ou materiais, resultando no alargamento ou compressão dos pulsos de luz na fibra, o que torna possível personalizar o perfil do índice de refração para produzir fibras para diferentes fins. A fibra G. 652 é um exemplo.
Dispersão do modo de polarização
A dispersão do modo de polarização (PMD) reflete a dependência da polarização da propagação da onda de luz na fibra óptica. Existem dois modos de polarização perpendiculares entre si na fibra óptica real. Idealmente, os dois modos de polarização devem ter as mesmas características de propagação de ondas de luz, mas, de modo geral, existem pequenas diferenças nos diferentes modos de polarização. Isso ocorre devido à mudança ou perturbação da temperatura, pressão e outros fatores no processo de propagação, resultando em velocidades de transmissão diferentes dos dois modos de polarização, resultando em atraso e dispersão do modo de polarização.
Como compensar a dispersão?
Embora a dispersão da fibra não enfraqueça o sinal, ela encurta a distância de propagação do sinal dentro da fibra e causa distorção do sinal. Por exemplo, o pulso óptico de 1 nanossegundo no transmissor será ampliado para 10 nanossegundos no receptor, resultando no sinal não pode ser recebido e decodificado normalmente. Portanto, é muito importante reduzir a dispersão da fibra ou compensar a dispersão em DWDM e outros sistemas de transmissão de longa distância. A seguir apresentamos três estratégias e métodos de compensação de dispersão comumente usados.
Fibra de compensação de dispersão
Usando a tecnologia de fibra de compensação de dispersão (DCF), a fibra de dispersão negativa pode ser adicionada à fibra convencional. Em comparação com a fibra de compensação de dispersão, o valor de dispersão da fibra convencional é muito grande e a dispersão é positiva, o que faz com que a distribuição da luz neste tipo de fibra diminua ou até desapareça. Ao adicionar uma fibra de compensação de dispersão negativa a ela, a dispersão total de toda a linha de fibra pode ser aproximadamente zero, de modo a atingir alta velocidade, grande capacidade e comunicação de longa distância. Existem três mecanismos de compensação na fibra de compensação de dispersão, incluindo pré-compensação, pós-compensação e compensação simétrica. A fibra compensada por dispersão é amplamente utilizada na atualização de um link de fibra de 1310 nm, o que a faz funcionar a 1550 nm.
Grade de fibra bragg
A grade de Bragg de fibra (FBG) é um tipo de dispositivo reflexivo composto de fibra, que pode modular o índice de refração do núcleo dentro de uma certa distância. No sistema de transmissão de 100 km, o efeito de dispersão pode ser reduzido significativamente usando este dispositivo. Quando o feixe passa pela rede de fibra de Bragg, o comprimento de onda que atende às condições de modulação será refletido e o resto do comprimento de onda continuará a passar pela rede de fibra de Bragg ao longo da fibra. O uso da rede de Bragg de fibra para compensação de dispersão tem grandes vantagens, pois a rede de Bragg de fibra pode ser integrada a outros dispositivos de fibra passiva com baixa perda de inserção e baixo custo. Além disso, a grade de Bragg de fibra pode ser usada não apenas como filtro de compensação de dispersão, mas também como sensor, estabilizador de comprimento de onda de laser de bomba e filtro de adição / subtração de multiplexação por divisão de comprimento de onda de banda estreita.
Compensação de dispersão eletrônica
A compensação de dispersão eletrônica (EDC) é um método de compensação de dispersão em enlaces de comunicação óptica por meio de filtragem eletrônica (também conhecida como equalização), ou seja, filtragem no canal de comunicação para compensar a atenuação do sinal causada pelo meio de transmissão. A compensação de dispersão eletrônica é normalmente realizada por filtro transversal, cuja saída é a soma ponderada de uma série de entradas de retardo. Pode ajustar automaticamente o peso do filtro de acordo com as características do sinal recebido, ou seja, adaptativo. A compensação de dispersão eletrônica pode ser usada no sistema de fibra monomodo e no sistema de fibra multimodo. Além disso, pode ser combinado com outras funções para IC receptor de 10 Gbit / S. Pode reduzir significativamente o custo do transmissor do sistema de fibra de modo único e também aumentar a distância de transmissão do sistema de fibra multimodo com menos perda de custo do receptor.
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