Az optikai rostok fényszórásának problémái - a használat lehetőségének vizsgálata
Az optikai szálas hálózatok működésének középpontjában a fényhullámok elterjedése áll fenn az optikai szálak mentén, hosszú távon. Ebben az esetben az információt hordozó elektromos jelek fényimpulzusokká alakulnak át, amelyeket minimális torzítással továbbítanak száloptikai kommunikációs vonalak (FOCL) révén. Az ilyen rendszerek nagyon népszerűvé váltak, mivel számos előnye van az FOCL-nek a rézkábeleket vagy a rádiólevegőt átviteli közegként használó átviteli rendszerei miatt.
Egy ilyen sáv lehetővé teszi az információáramok átadását több terabit másodpercben. Fontos előnye a száloptikai olyan tényezők, mint például az alacsony csillapítása jelek, amelyek lehetővé teszik, a jelenlegi technológia, építeni részeit az optikai rendszerek egy száz kilométer vagy több, anélkül újraadás nagy zaj immunitást társított optikai szálak alacsony elektromágneses interferencia iránti érzékenységet, és még sokan mások.
A rost (polimer héj) külső bevonata olyan műanyagból vagy epoxi készítményekből áll, amelyek nagy mechanikai szilárdságot és magas fénytörési indexet tartalmaznak. Ez a réteg biztosítja a szál mechanikai védelmét és az optikai sugárzás külső forrásaival szembeni ellenállását.
Az optikai szál fő része magból és héjból áll. A mag anyaga az ultrapure kvarcüveg, amely az optikai jelek átvitelének legfontosabb eszköze. A fényimpulzus megtartása annak a ténynek tulajdonítható, hogy a maganyag törésmutatója nagyobb, mint a héj törésmutatója. Így az anyagok törésmutatójának optimálisan kiválasztott arányával a magon belüli fénysugár teljes visszaverődése megtörténik.
Az átvitelhez a sugárzást kis szögben vezetik be az optikai szál végébe. A fényimpulzusnak a szálmagba történő maximális behatolási szöge az optikai szál (63;) szögletes nyílása. A szögletes nyílás szinuszát NA numerikus nyílásnak nevezzük, és a következő képlet segítségével számítjuk ki:
Annak érdekében, hogy jeleket továbbítson az optikai hullámvezetőkön, szigorúan koherens fényforrásra van szükség. Az átviteli távolság növelése érdekében a távadók spektrumának szélességének a lehető legkisebbnek kell lennie. Erre a célra, a legmegfelelőbb lézerek, hogy mivel indukált fényemisszió, lehetővé al-Heréd állandó fáziskülönbség ugyanezen a hullámhosszon, tekintettel arra a tényre, hogy az átmérője a szál mag hasonló a hossza az optikai sugárzás a szál bekövetkezik a jelenség az interferencia. Ez igazolható azzal a ténnyel, hogy a fény csak bizonyos szögben sugározik a magüvegben, vagyis azokban az irányban, ahol a bevezetett fényhullámok erősebbé válnak alkalmazásukkor. Azt mondják, hogy van konstruktív interferencia. A megengedett fényhullámokat, amelyek egy optikai szálban tudnak propagálni, az úgynevezett üzemmódok. Az optikai szálak fényszórásának leírására számos olyan paraméterre van szükség, amelyet figyelembe kell venni.
Az egyik fő paraméter a csillapítás. Általában a csillapítás a fényáram csillapítását jelzi egy optikai szálban. A fénycsillapítás egy optikai szálban számos oka van. Ezt a fény felszívódása okozhatja, és a sugárzás szóródása okozhatja. Az optikai szálakkal kapcsolatos csillapítás. Kétféle rostos hajlítás létezik: mikrohűtés és makropróbálás.
Az abszorpciót úgy definiálhatjuk, hogy a fényimpulzus hatalom hővé alakul, és a rostanyag rezonanciájával társul. A rostanyag tulajdonságai és a molekuláris rezonancia, valamint a külső abszorpció belső nedvszívókkal van összefüggésben, amelyeket a szálanyagban (pl. OH-ionok) lévő mikroimpulzusok jelenléte határoz meg. A modern optikai szálak nagyon kevés mikroimpulcsot tartalmaznak, így a külső felszívódás mértéke minimális, és nem vehető figyelembe.
A sugárzás diszperzió az optikai szálak fénycsillapításának egyik fő tényezője. A jelenléte a csillapítás típusú elsősorban jár a defektus az optikai szál mag, valamint a szennyeződések jelenléte a szál, ami nagyban befolyásolja a képességét halad a fényáram a helyes utat, vezet a kilökődés és, következésképpen, meghaladó a szög fénytörés és kilépjen a fénysugárból a héjból. Ezenkívül a rost inhomogenitásának jelenléte a fényáram egy részének tükrözését eredményezi az ellenkező irányba (1. ábra)
1. ábra Rayleigh szórás optikai szálban.
Az optikai szál hajlításával kapcsolatos csillapítás. A mikrohálózás mikroszkopikus változásokat jelent a szálmag geometriájában. A makrohajlítás olyan optikai szálak nagy hajlítására utal, amelyek meghaladják a megengedhető legkisebb sugarat és a fényáramot elhagyják az optikai szál magjától. Az egymódusú szálak minimális hajlítási sugara tíz centiméter. Ezzel a hajlítással a fényimpulzus erős torzítás nélkül terjed. A hajlítási sugár csökkenése jelentősen növeli a fényáramlás szóródásának hatását a szálhüvelyen keresztül.
Az optikai sugárzás adott hullámhosszára vonatkozó csillapítási együttható meghatározása az optikai teljesítmény bemenetnek a szálhoz viszonyított aránya a szálból kapott optikai jel erősségétől. Általában a csillapítási együtthatót decibelben (dB) mérik, és mind az optikai szálak paramétereiről, mind a fényáram hullámhosszáról van szó.
Az egyik olyan tényező, amely erősen befolyásolja az optikai szálak jelátvitelének minőségét, a diszperzió. A fény diszperziója az anyag törésmutatójának n frekvencia és fény függvénye, vagy a fényhullámok fázis sebességének függése és frekvenciája. Az optikai szálban történő diszperzió következménye a fényimpulzus nyújthatóvá válása, amely az optikai szálon történő áthaladás során keletkezik. A diszperzió súlyosan korlátozza az optikai rendszerek sebességét, jelentősen csökkentve a határ sávszélességet. A diszperzió két fő típusát határozzuk meg: intermodális és kromatikus.
A kromatikus diszperzió elsősorban a fényáram terjedési sebességétől függ a sugárforrás hullámhosszától. Az ideális fényforrástól eltérően minden valódi forrás fényt bocsát ki egy bizonyos frekvenciasávban. A különbözõ frekvenciájú fényimpulzus komponensei az optikai szál végét különbözõ idõbeli késleltetésekkel érik el, ami eltorzítja a kezdeti impulzust.
A fényszaporítási sebesség egy optikai szálban a törésmutatóhoz kapcsolódik a következő összefüggéssel:
ahol a fényszaporítás sebessége az optikai szálban, C a vákuumban a fénysebesség, n a szálmag törésmutatója, amely a hullámhossztól függ. Az L hosszúságú szál mentén való mozgás során a fényimpulzus t időtartamot igényel, amelyet a következőképpen definiálunk:
A (3) képletből látható egy optikai szál fénytörési indexén egy optikai szálon lévő fényimpulzus áthaladásának időtartamának függése. A kromatikus diszperzió a maganyag törésmutatójának változása, és a törésmutató első származékaként határozható meg:
ahol n az optikai jel hullámhossza.
Kromatikus diszperzió kifejezett ps / nm · km és fizikailag is különbségében fejezzük ki a terjedési ideje az optikai szál hossza egy kilométerre jelek a két hullámhosszon, és ezek a hullámhosszak kell lennie egy adott spektrális sávban optikai sugárforrás.
Mivel a törésmutatója kvarcüveg minimális hullámhosszon egyenlő 1300 nm, egy származéka, amely pont nulla, és ennek megfelelően, a kromatikus diszperzió elhanyagolható. Ez az egyik oka a távközlési berendezések átláthatóságának második ablakának aktív használatának. Vannak azonban módok a diszperzió dízel kvarcüveg segítségével történő eltolására. Az ilyen rostokat diszperzió-eltolódott optikai szálaknak nevezik, és minimális csillapítással (1550 nm) nulla hullámhosszon diszpergálhatnak. Ez lehetővé teszi számukra olyan optikai rendszerekben való alkalmazását, amelyek különösen nagy sávszélességet vagy nagy kábelkötegeket igényelnek, minimális számú ugratási ponttal, például a tengeralattjáró kábelhálózatokhoz. A 2. ábra a kromatikus diszperzió függését mutatja a sugárzás hullámhosszán.
2. ábra A kromatikus diszperzió függése a sugár hullámhosszán.
Az üzemmód diszperzió a különböző utakon mozgó fénymódok szálrészének különböző terjedési idejéhez kapcsolódik. A numerikus nyíláson belül több száz megengedett üzemmód érhető el a többmagos szálakba. Mindegyikük különböző pályák mentén fog propagálni, eltérő átmeneti idővel a forrástól a vevőig. A jelvevõ által fogadott teljes impulzus kiderül, hogy az idõtartományban erõsen feszül. Az üzemmód diszperzió jelenléte hátránya a multimódusú átviteli rendszereknek. Az intermodális diszperzió hatása részben megegyezik a módok keverésével. Az optikai szálon történő áthaladás során az optikai szál tengelyéhez viszonyítva kis forgószögű alacsonyabb rendű üzemmódok nagyobb rendű üzemmódokká alakulnak, és fordítva. Így a szál egy részének módozatai közötti átáramlásának sebessége némileg átlagolt. De tudatában kell lennie, hogy a folyamat az átlagolási zajlik elsősorban rovására szál szabálytalanságok, és ők viszont jelentősen növeli a teljes jel csillapítás. Egymódú optikai szálakban az intermodális diszperzió teljesen hiányzik.
A polarizációs mód és a kromatikus diszperziók szigorúan korlátozzák az optikai jelek optikai jelek továbbításának képességét a szálon, és a csillapítás után a legnagyobb akadályt jelentik a digitális rendszerek működési tartományának növeléséhez. A kromatikus diszperzió kompenzálható mind a lézerforrás által kibocsátott spektrum sávjának csökkentésével, mind pedig a kábel kromatikus diszperziójának a magasabb hullámhosszúságú tartományba történő eltolásával. A PMD kompenzációja lehetetlen, és csak az optikai szálak és kábelek növekvő minőségével csökkenthető. A 0,5 ps / km érték valójában a megengedett legnagyobb aknamentesítés elfogadott nemzetközi szabványa. A távolsági távvezetékekre vonatkozó ajánlásokban a PMD értéket legfeljebb 0,1 ps / km-re korlátozó követelményt kell létrehozni.
A vonal legfontosabb paraméterei a csillapítás és a diszperzió, mivel ezek hatással vannak a regenerációs szakasz mértékére.