پراکندگی بسیار زیبا است، چرا فیبرهای نوری آن را دوست ندارند؟

بیش از سیصد سال پیش در اروپا، در یک بعد از ظهر آفتابی، نیوتن چنین طرحی را ارائه کرد.

اجازه دهید نور خورشید به منشور بتابد. نور پس از نفوذ به منشور به صورت نوارهای رنگارنگ متشکل از قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی و بنفش پخش می شود و بر روی پرده ای در اتاق پخش می شود. به این ترتیب نور به ظاهر شفاف خورشید با کمک منشور به نوارهای رنگی باورنکردنی تبدیل می شود.

پس از این، نیوتن یک شکاف عمودی در وسط پرده باز کرد و منشور دوم و پرده دوم را پشت پرده چید.

او را دیدم که منشور اول را می چرخاند و هفت نوار رنگارنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی و بنفش را روی شکاف های پرده اول و سپس از طریق منشور دوم روی پرده دوم بیرون می زند. معجزه ای رخ داد. چیزی که روی پرده دوم ظاهر شد یک رنگ از نور بود. نمودار شماتیک به شرح زیر است:

در این مرحله، نور خورشید به چند رنگ تک جدا شده و بر روی پرده دوم ارائه می شود. لرد نیو از یک منشور برای شکستن راز استفاده می کند: نور می تواند پراکنده شود! نور خورشید به نظر می رسد مهر و موم شده است، و یک هسته رنگارنگ در زیر ظاهر معمولی وجود دارد. این همان چیزی است که ما اغلب به آن پراکندگی نور می گوییم.

1. پراکندگی چگونه تولید می شود؟

پدیده ای که نور مرکب به سه رنگ تجزیه می شود، پراکندگی نور نامیده می شود.

در آزمایش منشور، نور خورشید (یعنی نور مرکب) از هوا وارد شیشه می شود و سپس از شیشه وارد هوا می شود و در آنجا دو بار شکست می خورد. باید بدانید که همه چیز سودمند است. هنگامی که شکست رخ می دهد، نور به طور طبیعی کوتاه ترین مسیر را انتخاب می کند و به جلو حرکت می کند در حالی که اتلاف انرژی را به حداقل می رساند. از آزمایش منشور نیوتن در بالا، می دانیم که نور مرکب اساساً از چندین نور منفرد با رنگ های مختلف تشکیل شده است. این نورها دارای طول موج های متفاوتی هستند و انرژی نور با طول موج های مختلف بسیار متفاوت است. تطبیق نظرات دشوار است و نور با طول موج های مختلف نظرات مختلفی در مورد نحوه انتخاب مسیر پس از شکست دارد. بنابراین، پس از بیرون آمدن از منشور، «راه خود را از هم جدا کردند».

پس چرا نور پراکنده می شود؟ معلوم می شود که آنچه باعث این پراکندگی می شود، طول موج نور است. نور با طول موج های مختلف دارای ضریب شکست متفاوت در محیط و سرعت انتشار (مسیرها) متفاوت است که به ناچار باعث پخش و انتشار نور (ها) و ایجاد پراکندگی می شود.

پدیده پراکندگی نور نشان می دهد که سرعت انتشار نور در محیط ارتباط زیادی با ضریب شکست دارد. هر چه ضریب شکست بیشتر باشد، سرعت نور کمتر است. فرمول زیر را ببینید:

V=C/N

C سرعت انتشار نور در خلاء است،

ثابت 300، 000 کیلومتر بر ثانیه

N ضریب شکست محیط به نور است

2. اثر پراکندگی

اگرچه پراکندگی می تواند به ما کمک کند تا وارد دنیای رنگارنگ شویم، اما در زمینه ارتباطات، پراکندگی واقعا آنقدرها هم زیبا نیست.

در هنگام انتقال سیگنال های نوری در فیبرهای نوری، پراکندگی یکی از عوامل مهم ایجاد تلفات است.

این به این دلیل است که ضریب شکست نور باعث پراکندگی می شود که باعث تداخل بین کدی در پالس نور می شود و در نتیجه انتهای خروجی را گسترش می دهد.

کشش چیست؟

گسترش به این معنی است که نور با طول موج های مختلف با سرعت های متفاوتی در محیط به دلیل ضریب های شکست متفاوت حرکت می کند و در نتیجه عرض طیفی افزایش می یابد. به عبارت دیگر، هنگامی که یک پرتو نور در یک محیط منتقل می شود، برخی از امواج نور دارای ضریب شکست بزرگی هستند و به طور جدی از باند منحرف می شوند.

برخی از امواج نور دارای ضریب شکست کوچکی هستند و اگرچه کج هستند، اما همچنان می توانند در جهتی از پیش تعیین شده حرکت کنند.

ناهماهنگی امواج نور باعث می شود که عرض این پرتو نور از قبل از ورود به محیط بزرگتر باشد و یک گشاد شدن ایجاد کند.

در مورد پراکندگی، هر چه فاصله انتقال سیگنال نوری بیشتر باشد، گسترش جدی تر خواهد بود. نتیجه اعوجاج سیگنال و بدتر شدن عملکرد نرخ خطای بیت است که به طور جدی بر کیفیت انتقال اطلاعات تأثیر می گذارد.

چگونه از تأثیر پراکندگی در ارتباطات جلوگیری کنیم؟

3. چگونه از نفوذ پراکندگی جلوگیری کنیم؟

پس از یک دوره طولانی کاوش و تحقیق، مردم راهی برای استفاده از جبران خسارت برای متعادل کردن از دست دادن پراکندگی پیدا کرده اند. در میان روش‌های مختلف جبران، فناوری فیبر جبران پراکندگی یک روش جبران پراکندگی بسیار شناخته شده است.

یکی از روش های جبران پراکندگی: فیبر جبران پراکندگی DCF

در سیستم های فیبر نوری تک حالته معمولی، طول موج عملیاتی فیبر نوری دارای پراکندگی مثبت بالایی در 1550 نانومتر است.

ویژگی های پراکندگی مثبت: با افزایش طول موج، ضریب شکست به تدریج کاهش می یابد.

با توجه به ایده جبران، باید پراکندگی منفی به این فیبرهای نوری برای جبران پراکندگی اضافه شود تا اطمینان حاصل شود که پراکندگی کل کل خط فیبر نوری تقریباً صفر است. فیبر جبران کننده پراکندگی (DCF) نوع جدیدی از فیبر تک حالته است که عمدتاً برای طول موج 1550 نانومتر طراحی شده است. پراکندگی منفی بالایی در 1550 نانومتر دارد (ویژگی های پراکندگی منفی و پراکندگی مثبت مخالف هستند) و می توان از آن در کابل های فیبر نوری تک حالته معمولی استفاده کرد. جبران پراکندگی در سیستم فیبر نوری انجام می شود. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، مجموع پراکندگی های مثبت و منفی جبران شده در 1550 نانومتر به صفر نزدیک می شود.

فرمول زیر برای فیبر جبرانی پراکندگی اعمال شده در فیبر تک حالته است.

D (As) L٪ 2bDc (As) Lc٪ 7b٪ 7b1٪ 7d٪ 7d

D(λs) ضریب پراکندگی فیبر تک حالته در طول موج عملیاتی λ s است.

Dc(λs) ضریب پراکندگی DCF در طول موج عملیاتی λ s است.

L و LC به ترتیب طول فیبر تک حالته معمولی و D CF هستند.

در کاربردهای عملی، فیبر DCF و تک حالته به صورت سری در خط انتقال برای جبران پراکندگی مثبت فیبر تک حالته در طول موج نوری 1550 نانومتر استفاده می‌شود، به طوری که فاصله رله را افزایش داده و تلفات را کاهش می‌دهد. سرعت، ظرفیت زیاد و ارتباطات از راه دور. همانطور که در زیر نشان داده شده است:

به عنوان جبران پراکندگی، DCF دارای مزایای زیر است:

اثر جبران قابل توجه است و سیستم به طور پایدار کار می کند.

عملیات ساده است و فیبر جبران را می توان مستقیماً به سیستم انتقال وصل کرد تا جبران شود.

مقدار جبران پراکندگی در صورت نیاز قابل کنترل است و می تواند در صورت نیاز با توجه به مقدار جبران واقعی مورد نیاز سیستم انتقال تنظیم شود.

اطلاع:

همانطور که سیگنال نوری در خط انتقال دورتر می رود، تلفات دیگری مانند تضعیف خط رخ می دهد. به منظور جلوگیری از تضعیف خط، استفاده از تقویت کننده فیبر دوپ شده با اربیوم EDFA (تقویت کننده فیبر دوپ شده اربیوم) ضروری است.