A dispersão é tão bonita, por que as fibras ópticas não gostam dela?

Há mais de trezentos anos, na Europa, numa tarde ensolarada, Newton traçou esse plano.

Deixe a luz do sol brilhar no prisma. Depois de penetrar no prisma, a luz se espalha em fitas coloridas compostas por vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e roxo e é projetada em uma cortina da sala. Desta forma, a luz solar aparentemente transparente transforma-se em faixas coloridas incríveis com a ajuda do prisma.

Depois disso, Newton abriu uma fenda vertical no meio da cortina e dispôs um segundo prisma e uma segunda cortina atrás da cortina.

Eu o vi girando o primeiro prisma e projetando sete fitas coloridas de vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e roxo nas fendas da primeira cortina, e depois através do segundo prisma na segunda cortina. Um milagre aconteceu. O que apareceu na segunda cortina foi uma única cor de luz. O diagrama esquemático é o seguinte:

Neste ponto, a luz solar é separada em múltiplas cores únicas e apresentada na segunda cortina. Lord Niu usa um prisma para desvendar o segredo: a luz pode ser dispersa! A luz do sol parece estar selada e há um núcleo colorido sob a aparência comum. Isso é o que costumamos chamar de dispersão da luz.

1. Como é produzida a dispersão?

O fenômeno de a luz composta ser decomposta em três cores é chamado de dispersão da luz.

No experimento do prisma, a luz solar (isto é, luz composta) entra no vidro vinda do ar e depois entra no ar vindo do vidro, onde é refratada duas vezes. Você deve saber que tudo é benéfico. Quando ocorre a refração, a luz escolherá naturalmente o caminho mais curto e avançará, minimizando a perda de energia. A partir do experimento com o prisma de Newton acima, sabemos que a luz composta é essencialmente composta de muitas luzes únicas de cores diferentes. Essas luzes têm comprimentos de onda diferentes e a energia da luz de comprimentos de onda diferentes é muito diferente. É difícil conciliar as opiniões, e a luz de diferentes comprimentos de onda tem opiniões diferentes sobre como escolher o caminho após a refração. Portanto, após saírem do prisma, eles “se separaram”.

Então, por que a luz se espalha? Acontece que o que causa essa dispersão é o comprimento de onda da luz. Luz de diferentes comprimentos de onda tem diferentes índices de refração no meio e diferentes velocidades de propagação (caminhos), o que inevitavelmente fará com que a (s) luz (ões) se espalhe e se espalhe, e a dispersão seja formada.

O fenômeno de dispersão da luz mostra que a velocidade de propagação da luz no meio tem grande relação com o índice de refração. Quanto maior o índice de refração, menor será a velocidade da luz. Veja a seguinte fórmula:

V=C/N

C é a velocidade de propagação da luz no vácuo,

constante 300,000 km/s

N é o índice de refração do meio para a luz

2. O efeito da dispersão

Embora a dispersão possa nos ajudar a entrar em um mundo colorido, no campo das comunicações, a dispersão não é tão bonita.

Durante a transmissão de sinais ópticos em fibras ópticas, a dispersão é um dos fatores importantes que causam perdas.

Isso ocorre porque o índice de refração da luz causa dispersão, o que causa interferência entre códigos no pulso de luz, ampliando assim a extremidade de saída.

O que é alongamento?

Alargar significa que a luz de diferentes comprimentos de onda viaja a diferentes velocidades no meio devido a diferentes índices de refração, resultando num aumento na largura espectral. Em outras palavras, quando um feixe de luz é transmitido em um meio, algumas ondas de luz têm um índice de refração grande e desviam-se seriamente da pista.

Algumas ondas de luz têm um índice de refração pequeno e, embora sejam tortas, ainda podem viajar em uma direção predeterminada.

A dissonância das ondas de luz faz com que a largura desse feixe de luz seja maior do que antes de entrar no meio, formando um alargamento.

No caso de dispersão, quanto maior a distância de transmissão do sinal óptico, mais grave será o alargamento. O resultado é a distorção do sinal e a deterioração do desempenho da taxa de erro de bits, o que afeta seriamente a qualidade da transmissão da informação.

Como evitar o impacto da dispersão na comunicação?

3. Como evitar a influência da dispersão?

Após um longo período de exploração e investigação, as pessoas encontraram uma forma de utilizar a compensação para equilibrar a perda de dispersão. Entre vários métodos de compensação, a tecnologia de fibra de compensação de dispersão é um método de compensação de dispersão altamente reconhecido.

Um dos métodos de compensação de dispersão: fibra de compensação de dispersão DCF

Em sistemas comuns de fibra óptica monomodo, o comprimento de onda operacional da fibra óptica tem alta dispersão positiva em 1550 nm.

Características da dispersão positiva: À medida que o comprimento de onda aumenta, o índice de refração diminui gradualmente.

De acordo com a ideia de compensação, é necessário adicionar dispersão negativa a essas fibras ópticas para compensação de dispersão para garantir que a dispersão total de toda a linha de fibra óptica seja aproximadamente zero. A fibra de compensação de dispersão (DCF) é um novo tipo de fibra monomodo projetada principalmente para o comprimento de onda de 1550 nm. Possui alta dispersão negativa em 1550 nm (as características de dispersão negativa e dispersão positiva são opostas) e pode ser usado em cabos de fibra óptica monomodo comuns. A compensação de dispersão é realizada no sistema de fibra óptica. Conforme mostrado na figura abaixo, a soma das dispersões positivas e negativas compensadas aproxima-se de zero em 1550 nm.

A seguir está a fórmula para fibra de compensação de dispersão aplicada à fibra monomodo.

D(As)L+Dc(As)Lc=0

D( λ s) é o coeficiente de dispersão da fibra monomodo no comprimento de onda operacional λ s

Dc( λ s) é o coeficiente de dispersão de DCF no comprimento de onda operacional λ s

L e LC são os comprimentos da fibra monomodo convencional e D CF, respectivamente.

Em aplicações práticas, DCF e fibra monomodo são usados ​​​​em série na linha de transmissão para compensar a dispersão positiva da fibra monomodo no comprimento de onda óptico de 1550 nm, de modo a estender a distância do relé e reduzir a perda, de modo a obter alta - velocidade, grande capacidade e comunicação de longa distância. Como mostrado abaixo:

Como compensação de dispersão, o DCF apresenta as seguintes vantagens:

O efeito de compensação é notável e o sistema funciona de forma estável.

A operação é simples e a fibra de compensação pode ser conectada diretamente ao sistema de transmissão para realizar a compensação.

O valor de compensação de dispersão é controlável conforme necessário e pode ser ajustado conforme necessário de acordo com o valor de compensação real exigido pelo sistema de transmissão.

Perceber:

À medida que o sinal óptico viaja mais longe na linha de transmissão, ocorrerão outras perdas, como atenuação da linha. Para evitar a atenuação da linha, é necessário considerar o uso de amplificador de fibra dopada com érbio EDFA (amplificador de fibra dopada com érbio).