¿Qué es la dispersión de fibras?
Diferentes componentes de frecuencia o diferentes componentes de modo de la señal óptica (pulso) transmitida en fibra óptica se propagan a diferentes velocidades, y la distorsión de la señal (ensanchamiento del pulso) ocurrirá inevitablemente después de alcanzar una cierta distancia. Este fenómeno se denomina dispersión o dispersión de fibra óptica. La señal óptica transmitida en fibra óptica tiene un cierto ancho de espectro, es decir, la señal óptica tiene muchos componentes de frecuencia diferentes. Al mismo tiempo, en la fibra multimodo, la señal óptica puede estar compuesta de varios modos, es decir, cada componente de frecuencia también puede estar compuesto por varios componentes de modo.
La dispersión de fibra óptica se refiere a la distorsión de la señal causada por diferentes componentes de frecuencia y diferentes componentes de modo con diferente velocidad de transmisión. En el sistema de comunicación de fibra óptica digital, la dispersión amplía el pulso óptico. Cuando la dispersión es grave, los pulsos ópticos se superpondrán entre sí, provocando interferencias entre símbolos y aumentando la tasa de errores de bits. Por lo tanto, la dispersión de la fibra óptica no solo afecta la capacidad de transmisión de la fibra óptica, sino que también limita la distancia de retransmisión del sistema de comunicación de fibra óptica.
Cuando la luz se propaga en la fibra óptica, debido a que su frecuencia no es una frecuencia única, el modo de trabajo no es un modo de trabajo único, por lo que la velocidad de propagación es ligeramente diferente, lo que se denomina dispersión. Si la onda modulada es un pulso digital, el ancho de la señal demodulada se ampliará, lo que provocará un error de bit y restringirá la mejora de la velocidad de transmisión. Cuando la forma de onda de modulación es una señal analógica, el nivel después de la detección disminuye con el aumento de la frecuencia de la señal, que muestra una distorsión no lineal y aumenta el componente armónico de la onda fundamental. La transmisión de la señal CATV en la red de fibra óptica provoca el deterioro de los índices CSO y CTB. Estos fenómenos se denominan características de dispersión de la fibra óptica y las características de dispersión de esta última también se denominan características de ancho de banda (o características de frecuencia).
La dispersión de la fibra muestra un estado de propagación de la señal de entrada en la fibra, que se refiere a la distorsión de la señal causada por diferentes componentes de frecuencia o diferentes componentes de modo de la señal óptica que se propaga a diferentes velocidades. Incluye principalmente la dispersión intermodal, la dispersión cromática y la dispersión por modo de polarización.
Dispersión intermodal
La dispersión intermodal es un tipo de mecanismo de distorsión de la señal en fibras multimodo y otras guías de ondas. En la fibra multimodo, los rayos de luz que entran en la fibra en diferentes ángulos de incidencia se definen como una trayectoria o un modo. Debido a la ruta de transmisión diferente de cada modo, la velocidad de transmisión (velocidad de grupo) también es diferente, por lo que se produce la diferencia de tiempo de transmisión de la señal entre los modos al terminal de fibra óptica. En general, algunos rayos de luz pasarán directamente a través del núcleo (modo axial), mientras que otros se reflejarán hacia adelante y hacia atrás entre los límites del revestimiento / núcleo y se propagarán a lo largo de la guía de ondas en zigzag, como se muestra en la fibra multimodo de índice de pasos en la figura siguiente. El hecho es que una vez que la luz se refracta, se produce la dispersión intermodal / dispersión de modo. Existe una correlación positiva entre el IMD y la ruta de transmisión. Es decir, el IMD causado por el modo de orden superior (el camino es más largo cuando el rayo entra en un ángulo mayor) es mayor que el causado por el modo de orden inferior (el camino es más corto cuando el rayo entra en un ángulo menor). ángulo).
La fibra multimodo puede admitir hasta 17 modos de propagación de la luz al mismo tiempo, y su dispersión entre modos es mucho mayor que la de la fibra monomodo. Esto se debe a que la fibra monomodo tiene un solo modo de propagación, es decir, la luz se propaga a lo largo del núcleo (modo axial) sin reflejarse en el límite del revestimiento, por lo que no hay dispersión entre modos.
Sin embargo, la situación es diferente si se utiliza fibra multimodo de índice graduado. Aunque la luz también se propaga en diferentes modos, debido al índice de refracción desigual del núcleo, la trayectoria de la luz ya no es una línea recta sino una curva, y la velocidad de propagación de la luz también cambia. Por lo tanto, la dispersión entre modos se puede reducir en gran medida seleccionando la distribución del índice de refracción adecuada.
Dispersión cromática
La dispersión cromática se refiere al fenómeno de ensanchamiento del pulso óptico causado por diferentes velocidades de grupo de diferentes componentes de longitud de onda en la fibra óptica, incluida la dispersión del material y la dispersión de la guía de onda.
La dispersión del material es causada por la dependencia de la longitud de onda del índice de refracción en el material del núcleo, mientras que la dispersión de la guía de ondas es causada por la dependencia de la constante de propagación del modo en los parámetros de la fibra (radio del núcleo, diferencia del índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento) y la longitud de onda de la señal. A ciertas frecuencias, la dispersión del material y la dispersión de la guía de ondas pueden cancelarse entre sí para obtener una longitud de onda cercana a la dispersión cromática cero.
De hecho, la dispersión cromática no siempre es desfavorable. La luz se propaga a diferentes velocidades en diferentes longitudes de onda o materiales, lo que resulta en el ensanchamiento o compresión de los pulsos de luz en la fibra, lo que permite personalizar el perfil del índice de refracción para producir fibras para diferentes propósitos. La fibra G. 652 es un ejemplo.
Dispersión del modo de polarización
La dispersión del modo de polarización (PMD) refleja la dependencia de la polarización de la propagación de la onda de luz en la fibra óptica. Hay dos modos de polarización perpendiculares entre sí en la fibra óptica real. Idealmente, los dos modos de polarización deberían tener las mismas características de propagación de ondas de luz, pero en general, existen ligeras diferencias en los diferentes modos de polarización. Esto se debe al cambio o alteración de la temperatura, la presión y otros factores en el proceso de propagación, lo que da como resultado una velocidad de transmisión diferente de los dos modos de polarización, lo que resulta en una dispersión del modo de retardo y de polarización.
¿Cómo compensar la dispersión?
Aunque la dispersión de la fibra no debilita la señal, acorta la distancia de propagación de la señal dentro de la fibra y provoca una distorsión de la señal. Por ejemplo, el pulso óptico de 1 nanosegundo en el transmisor se ampliará a 10 nanosegundos en el receptor, lo que provocará que la señal no se pueda recibir y decodificar normalmente. Por lo tanto, es muy importante reducir la dispersión de la fibra o compensar la dispersión en DWDM y otros sistemas de transmisión de larga distancia. A continuación se presentarán tres estrategias y métodos de compensación de la dispersión de uso común.
Fibra de compensación de dispersión
Al utilizar la tecnología de fibra de compensación de dispersión (DCF), se puede agregar fibra de dispersión negativa a la fibra convencional. En comparación con la fibra de compensación de la dispersión, el valor de dispersión de la fibra convencional es muy grande y la dispersión es positiva, lo que hace que la distribución de luz en este tipo de fibra se reduzca o incluso desaparezca. Al agregarle una fibra de compensación de dispersión negativa, la dispersión total de toda la línea de fibra puede ser aproximadamente cero, para lograr una comunicación de alta velocidad, gran capacidad y larga distancia. Hay tres mecanismos de compensación en la fibra de compensación de dispersión, que incluyen compensación previa, compensación posterior y compensación simétrica. La fibra de dispersión compensada se usa ampliamente en la actualización del enlace de fibra de 1310 nm, lo que hace que funcione a 1550 nm.
Rejilla de fibra de Bragg
La rejilla de fibra de Bragg (FBG) es un tipo de dispositivo reflectante compuesto de fibra, que puede modular el índice de refracción del núcleo dentro de una cierta distancia. En el sistema de transmisión de 100 km, el efecto de dispersión se puede reducir significativamente utilizando este dispositivo. Cuando el haz pasa a través de la red de Bragg de fibra, la longitud de onda que cumple las condiciones de modulación se reflejará y el resto de la longitud de onda seguirá pasando a través de la red de Bragg de fibra a lo largo de la fibra. El uso de la rejilla de fibra de Bragg para la compensación de la dispersión tiene grandes ventajas, ya que la rejilla de fibra de Bragg se puede integrar con otros dispositivos de fibra pasiva con baja pérdida de inserción y bajo costo. Además, la rejilla de fibra de Bragg se puede utilizar no solo como filtro de compensación de dispersión, sino también como sensor, estabilizador de longitud de onda de láser de bomba y filtro de suma / resta de multiplexación por división de longitud de onda de banda estrecha.
Compensación de dispersión electrónica
La compensación de dispersión electrónica (EDC) es un método de compensación de dispersión en enlaces de comunicación óptica mediante el uso de filtrado electrónico (también conocido como ecualización), es decir, filtrado en el canal de comunicación para compensar la atenuación de la señal causada por el medio de transmisión. La compensación electrónica de la dispersión se realiza normalmente mediante un filtro transversal, cuya salida es la suma ponderada de una serie de entradas de retardo. Puede ajustar automáticamente el peso del filtro según las características de la señal recibida, es decir, adaptativa. La compensación de dispersión electrónica se puede utilizar en sistemas de fibra monomodo y multimodo. Además, se puede combinar con otras funciones para el receptor IC de 10Gbit / S. Puede reducir significativamente el costo del transmisor del sistema de fibra monomodo y también aumentar la distancia de transmisión del sistema de fibra multimodo con una menor pérdida de costo del receptor.
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