Disperzija optičnih vlaken: vrste, vzroki in kako jih odpraviti

Disperzija optičnega vlakna je širjenje svetlobnih impulzov, ko potujejo skozi vlakno, ki ga povzročajo različne komponente signala, ki prispejo do sprejemnika ob nekoliko različnih časih. Pri komunikaciji z optičnimi vlakni to širjenje zmanjša jasnost signala, omejuje, kako daleč lahko potujejo podatki, in sprejemnikom otežuje razlikovanje enega bita od drugega.

Toda razumevanje disperzije ne zadeva le fizike. Pravo inženirsko vprašanje je: kdaj disperzija postane problem, ki ga morate dejansko rešiti? Odgovor je odvisen od vrste vlakna, dolžine povezave, hitrosti prenosa podatkov, delovne valovne dolžine in oblike modulacije, ki jo uporablja vaš sistem. 100-metrska večmodna povezava znotraj podatkovnega centra morda nikoli ne bo potrebovala upravljanja disperzije. 200 kmenomodno-optično vlaknopovezava, ki prenaša 100G prometa, skoraj zagotovo bo.

Kaj je disperzija optičnih vlaken?

Disperzija optičnih vlaken se nanaša na način, kako se oddani impulz razširi, ko se širi skozi jedro vlakna. Do širjenja pride, ker različne komponente optičnega signala -, ne glede na to, ali gre za različne valovne dolžine, različne prostorske načine ali različna stanja polarizacije -, ne potujejo vse s povsem enako hitrostjo.

To je pomembno, ker je digitalna optična komunikacija odvisna od čistih, dobro{0}}ločenih impulzov. Ko se impulzi dovolj razširijo, da se prekrivajo s sosednjimi, sprejemnik ne more več zanesljivo razlikovati posameznih bitov. Ta pojav, imenovan inter-simbolna interferenca (ISI), zmanjša stopnjo bitnih napak (BER) in zmanjša uporabno razdaljo prenosa. Glede naPriporočilo ITU-T G.652, ki določa standardne parametre eno-modnega vlakna, je prilagajanje kromatične disperzije ključni dejavnik pri načrtovanju sistema za aplikacije z visoko-bitno- hitrostjo.

Disperzija proti slabljenju: kritična razlika

Ena najpogostejših napak pri ocenjevanju optičnih povezav je zamenjava disperzije zslabljenje. Gre za bistveno različne okvare:

Slabljenjezmanjša optično moč. Gre za izgubo moči signala na razdalji, merjeno v dB/km.Razpršenostpopači čas signala. Razpršen signal lahko še vedno nosi dovolj moči, da bi ga lahko zaznali, vendar so njegovi impulzi zamazani v času, zaradi česar so informacije neberljive.

Optična povezava lahko prenese proračun optične moči z udobno rezervo in še vedno odpove zaradi pretiranega širjenja impulza. Zato izkušeni inženirji pri načrtovanju povezave ocenijo proračun moči in proračun disperzije. Razumevanjevstavljena izguba in povratna izgubaje pomemben, vendar pokriva le močnostno stran enačbe.

Kaj povzroča disperzijo v optičnih vlaknih?

Disperzija nastane, ko različne komponente optičnega signala doživijo različne zakasnitve širjenja. Poseben mehanizem je odvisen od zasnove vlakna in značilnosti signala, vendar glavni vzroki spadajo v tri kategorije:

Razlike v poti med načini.V večmodnem vlaknu svetloba potuje po več prostorskih poteh (modih) skozi jedro. Vsak način sledi nekoliko drugačni poti, kar pomeni, da prispejo do sprejemnika ob različnih časih. To je prevladujoči disperzijski mehanizem vsistemi večmodnih vlaken.

Hitrost-odvisna od valovne dolžine.Tudi laserski vir-z ozko črto oddaja svetlobo v majhnem razponu valovnih dolžin. Ker se lomni količnik stekla spreminja glede na valovno dolžino - lastnost, ki jo opisuje Sellmeierjeva enačba -, različne spektralne komponente potujejo z različnimi hitrostmi. To je primarni disperzijski mehanizem v eno-optičnih vlaknih pri večini delovnih valovnih dolžin.

Zakasnitev-odvisna od polarizacije.Prava optična vlakna niso nikoli popolnoma simetrična. Stres, upogibanje in proizvodne nepopolnosti povzročajo dvojno lomnost, kar pomeni, da imata dve ortogonalni polarizacijski stanji vodene svetlobe rahlo različne konstante širjenja in prideta ob različnih časih.

Glavne vrste disperzije optičnih vlaken

Modalna disperzija (intermodalna disperzija)

Modalna disperzija se pojavi, ko se več vodenih načinov v večmodovnem vlaknu širi z različnimi skupinskimi hitrostmi. Pri stop-indeksnem večmodnem vlaknu je lahko razlika v dolžini poti med najnižjim-načinom reda (potovanje blizu osi) in najvišjim-načinom reda (odbijanje od meje ovoja pod strmimi koti). Za vlakno s stop-indeksom z lomnim količnikom sredice 1,48 in numerično odprtino 0,3 lahko intermodalna zakasnitev preseže 50 ns/km.

Večmodno vlakno z graded-indexom je bilo razvito posebej za zmanjšanje te težave. Z oblikovanjem profila lomnega količnika, tako da modi višjega-reda potujejo hitreje v bližini obloge, zasnove s stopnjevanim-indeksom zmanjšajo modalno disperzijo za enega do dva reda velikosti. To je razlog, zakaj sodobne povezave podatkovnih centrov v veliki večini uporabljajoVečmodno vlakno z indeksom OM3, OM4 ali OM5-namesto stopenjskih{0}}indeksov.

Modalna disperzija je v bistvu odpravljena v eno-načinovnem vlaknu, ki podpira le osnovni način LP01. To je glavni razlog, da se eno-optično vlakno uporablja za daljše-razdalje in višje-hitrostne prenose.

Kromatična disperzija

Kromatična disperzija je običajno najpomembnejša vrsta disperzije v eno-modnih optičnih sistemih. Je skupni rezultat dveh fizičnih mehanizmov:

Disperzija materialanastane, ker se lomni količnik kremenčevega stekla spreminja z valovno dolžino. To razmerje je dobro opredeljeno in pomeni, da krajše valovne dolžine na splošno potujejo počasneje kot daljše valovne dolžine v običajnem disperzijskem režimu (pod ničelno-disperzijsko valovno dolžino) in nasprotno v nenormalnem režimu.

Disperzija valovodanastane, ker geometrija vlakna vpliva na to, kako je svetloba omejena. Delež optične moči, ki potuje v jedru v primerjavi z oblogo, je odvisen od valovne dolžine, kar uvaja dodaten-od valovne dolžine učinek širjenja. Inženirji lahko oblikujejo disperzijo valovoda z zasnovo vlaken - takoledisperzijsko-premaknjena in ne-ničelna disperzijsko-vlaknadosežejo svoje spremenjene disperzijske značilnosti.

Pri standardnem eno-načinskem vlaknu (ITU-T G.652) valovna dolžina nič-disperzije pade blizu 1310 nm. Pri običajno uporabljenem transmisijskem oknu 1550 nm je koeficient kromatične disperzije približno +17 ps/(nm·km), kot je dokumentirano vSpecifikacija vlaken Corning SMF-28. V povezavi 100 km se to kopiči na približno 1700 ps/nm -, kar je dovolj, da močno popači signal 10 Gbps, če ga ne kompenziramo.

Polarizacijska disperzija (PMD)

Disperzija polarizacijskega načina je posledica diferencialne skupinske zakasnitve (DGD) med dvema ortogonalnima polarizacijskima stanjema osnovnega načina. Za razliko od kromatske disperzije, ki je deterministična in stabilna, je PMD stohastična - spreminja se s časom, temperaturo in mehanskimi obremenitvami na vlaknu.

PMD je določen statistično. Za sodobna vlakna, skladna z ITU-T G.652.D, je konstrukcijska vrednost povezave PMD običajno pod 0,1 ps/√km. To se morda zdi malo, vendar pri 40 Gbps in več, kjer se bitna obdobja skrčijo na 25 ps ali manj, postane relevantno celo skromno kopičenje PMD. V skladu s smernicami za industrijsko načrtovanje je največja dopustna DGD običajno približno 10 % bitne dobe.

Za sisteme, ki delujejo pri 10 Gbps na zmernih razdaljah, je PMD le redko omejevalni dejavnik pri sodobnih optičnih vlaknih. Pri 40 Gb/s in 100 Gb/s PMD{4}}zasnova -, vključno z izbiro vlaken, načrtovanjem poti in-izenačevanjem sprejemne strani - postane del standardne prakse.

Primerjava disperzijskih vrst na prvi pogled

Na katere povezave vlaken disperzija najbolj vpliva?

Večmodne optične povezave: prevladuje modalna disperzija

notrivečmodno vlaknosistemi -, ki se običajno uporabljajo za-aplikacije kratkega dosega v podatkovnih centrih, poslovnih omrežjih in hrbtenicah zgradb - modalna disperzija je primarni omejevalnik pasovne širine. Modalna pasovna širina vlakna, ocenjena v MHz·km, določa, kako daleč in kako hitro lahko prenašate, preden prekrivanje impulzov postane nesprejemljivo.

Na primer, vlakno OM3 ima učinkovito modalno pasovno širino 2000 MHz·km pri 850 nm z laser-optimiziranim zagonom, ki podpira 10 Gbps do približno 300 metrov. OM4 to razširi na približno 400 metrov. Kromatična disperzija obstaja tudi v večmodnih vlaknih, vendar so modalni učinki skoraj vedno vezavna omejitev na teh razdaljah.

Povezave z eno-optičnimi vlakni: kromatska disperzija in PMD

Ko je modalna disperzija odstranjena z uporabo eno-modnega vlakna, postane naslednja skrb kromatska disperzija. Na kratkih eno-povezavah (nekaj kilometrov) je akumulirana kromatična disperzija običajno znotraj sistemske tolerance za 10G in manj. Ko se razdalja poveča na desetine ali stotine kilometrov, zlasti pri podatkovnih hitrostih 10 Gbps in več, postane upravljanje disperzije potrebno.

Na dolge razdalje-inoptično transportno omrežje (OTN)sistemov, kromatskih disperzijskih spojin na vsak kilometer. 400 km dolga povezava na vlaknu G.652 pri 1550 nm zbere približno 6800 ps/nm kromatične disperzije. Brez kompenzacije bi zaradi te stopnje razpršenosti celo signal 2,5 Gb/s postal nepopravljiv.

PMD postane pomemben dejavnik predvsem pri 40 Gbps in več ali pri starejših napravah za vlakna, kjer lahko koeficient PMD preseže 0,5 ps/√km. Sodobna vlakna imajo veliko strožje specifikacije PMD in koherentni sprejemniki z DSP lahko prenesejo bistveno večjo PMD kot tradicionalni sistemi neposredne-zaznave.

Sistemi DWDM: vsaka oslabitev

Pri multipleksiranju-z gosto valovno dolžino (DWDM) sistemi, ki prenašajo 40, 80 ali več kanalov po pasu C-, upravljanje disperzije ni izbirno. Vsak kanal se nahaja na drugi valovni dolžini in kopiči nekoliko drugačno količino kromatične disperzije zaradi naklona disperzije. To pomeni, da bo morda potrebna kompenzacija na-kanal, ne le en množični popravek za celoten pas.

Poleg tega v sistemih DWDM interakcija med kromatsko disperzijo in nelinearnostmi vlaken (samo-fazna modulacija, navzkrižna-fazna modulacija, štiri-valovno mešanje) ustvarja bolj zapleten problem optimizacije. Načrtovalci sistemov pogosto namenoma vzdržujejo majhno preostalo disperzijo na razpon, da zatrejo nelinearne presluhe -, zato "ničelna disperzija povsod" dejansko ni cilj načrtovanja.

Metode kompenzacije disperzije optičnih vlaken

Izbira vlaken in načrtovanje valovne dolžine

Najbolj temeljni način za obvladovanje razpršenosti je pravilna odločitev, preden se doda kompenzacijska strojna oprema. To vključuje izbiro ustrezne vrste vlakna in delovne valovne dolžine za aplikacijo.

Za nove uvedbe standardna enonačin-optična vlakna G.652.D ostajajo najpogostejša izbira za metro in-omrežja na dolge razdalje. Za ultra-dolge-podmorske ali kopenske povezave se lahko določi G.654.E nizko{7}}izgubno vlakno. V starejših omrežjih, kjer so bila nameščena disperzijsko-zamaknjena vlakna G.653, je bila skoraj-ničelna disperzija pri 1550 nm prednost za eno-kanalne sisteme, vendar je postala pomanjkljivost za DWDM zaradi izboljšanega štiri-mešanja valov - lekcija, ki je okrepila pomen ohranjanja nekaj preostale disperzije.

Pomembno je tudi načrtovanje valovne dolžine. Delovanje blizu valovne dolžine ničelne-disperzije zmanjša kromatsko disperzijo, vendar lahko poveča nelinearne učinke. Delovanje dlje od ničelne disperzije omogoča nelinearno dušenje, vendar zahteva kompenzacijo. Ne obstaja ena "najboljša" valovna dolžina - prava izbira je odvisna od arhitekture sistema.

Vlakna za kompenzacijo disperzije (DCF) in moduli za kompenzacijo disperzije (DCM)

Vlakno za kompenzacijo disperzije je posebno vlakno, izdelano tako, da ima velik negativni kromatski disperzijski koeficient, običajno v območju od –80 do –120 ps/(nm·km) pri 1550 nm. Z vstavitvijo izračunane dolžine DCF v povezavo je mogoče izravnati akumulirano pozitivno disperzijo iz prenosnega vlakna. V pakirani obliki se to imenuje modul za kompenzacijo disperzije (DCM).

Kot praktična referenca: za kompenzacijo 80 km standardnega vlakna G.652 (ki kopiči približno +1,360 ps/nm disperzije pri 1550 nm) je potrebnih približno 14 km DCF z disperzijskim koeficientom –95 ps/(nm·km), kot je navedeno vEnciklopedijski vnos ScienceDirect na DCF.

DCF je učinkovit in dobro-preizkušen, vendar uvaja kompromise-. Dodatno vlakno doda vstavljeno izgubo (običajno 0,5–0,7 dB/km za DCF v primerjavi z 0,2 dB/km za prenosno vlakno), kar lahko zahteva dodatno ojačitev in poslabša razmerje med optičnim signalom-in-šumom. DCF ima tudi manjšo učinkovito površino kot standardna vlakna, zaradi česar je bolj dovzeten za nelinearne učinke. Ti-kompromisi so ovrednoteni z uporabo vrednosti vrednosti (FOM), opredeljene kot razmerje med disperzijskim koeficientom in slabljenjem.

Braggove rešetke z žvrgolečimi vlakni (FBG)

Braggova mreža s čirkajočimi vlakni kompenzira disperzijo tako, da odbija različne valovne dolžine z različnih položajev vzdolž mreže, kar ustvarja zakasnitev-odvisno od valovne dolžine. Krajše valovne dolžine se lahko odbijejo blizu sprednjega dela rešetke, medtem ko daljše valovne dolžine potujejo globlje, preden se odbijejo, ali obratno. Rezultat je nadzorovana skupinska zakasnitev, ki lahko izravna kromatsko disperzijo.

V primerjavi z DCF so kompenzatorji na osnovi FBG-kompaktni, imajo nižje vstavljene izgube in povzročajo zanemarljivo nelinearno popačenje, kot je opisano vEnciklopedija RP Photonics o kompenzaciji disperzije. Vendar pa lahko trpijo zaradi valovanja skupinske zakasnitve - majhne periodične variacije v karakteristiki zakasnitve -, ki lahko povzročijo popačenje signala. Sodobna proizvodnja je v veliki meri zmanjšala to težavo, vendar je še vedno pomembna zasnova visoko-zmogljivih sistemov.

Elektronska kompenzacija disperzije (EDC) in digitalna obdelava signalov (DSP)

Vsa kompenzacija disperzije se ne zgodi v optični domeni. Elektronska kompenzacija disperzije in digitalna obdelava signala na sprejemniku lahko izenačita številna popačenja, ki jih povzroči disperzija vlaken.

V sodobnih koherentnih optičnih sistemih - 100G, 200G, 400G in več je - DSP-osnovana kompenzacija temeljni del arhitekture sprejemnika. Koherentni sprejemniki obnovijo tako amplitudo kot fazo optičnega signala, kar daje motorju DSP dovolj informacij za digitalno obračanje kromatične disperzije, PMD in drugih linearnih okvar. To je eden od razlogov, zakaj lahko koherentni sistemi 100G pogosto delujejo na tisoče kilometrov vlaken G.652 brez kakršnih koli vgrajenih modulov za kompenzacijo optične disperzije.

Za neposredne{0}}sisteme zaznavanja pri 10G lahko elektronsko izenačevanje (-naprej izenačevanje, največja{3}}ocena zaporedja verjetnosti) razširi-omejen doseg disperzije, vendar z bolj skromnimi izboljšavami kot koherentni DSP. Pri nadgradnji starejših povezav je izbira med dodajanjem optične kompenzacije (DCM) in nadgradnjo nakoherentni oddajnikz vgrajenim-DSP je odvisno od stroškov, pričakovane rasti prometa in obstoječe infrastrukture ojačevalnikov.

Zakaj "ničelna disperzija" ni vedno cilj

Inženirji, ki so novi pri optičnih vlaknih, včasih domnevajo, da bi imela idealna povezava ničelno neto disperzijo povsod. V praksi to pogosto ni najboljši cilj oblikovanja. Razloga sta dva:

Prvič, v sistemih WDM delovanje skoraj ničelne disperzije poveča nekatere nelinearne okvare - zlasti štiri-mešanje valov -, ki lahko povzroči preslušavanje med kanali. Ohranjanje zmerne ravni lokalne disperzije v vsakem razponu dejansko zatre te učinke. Skupna akumulirana disperzija se nato kompenzira na koncu povezave ali na občasnih kompenzacijskih mestih.

Drugič, prekomerno popravljanje disperzije lahko povzroči lastne težave. Če se kompenzacija ne ujema natančno z dejansko akumulirano disperzijo (ob upoštevanju temperaturnih nihanj, staranja vlaken in-nagiba disperzije, ki je odvisen od valovne dolžine), lahko preostala neusklajenost poslabša zmogljivost. Zato industrija uporablja izraz "upravljanje razpršenosti" namesto "odprava razpršenosti". Cilj je obdržati neto disperzijo znotraj sprejemljivega okna, ne pa jo na vsaki točki prisiliti na točno nič.

Kako se odločiti, ali vaša povezava potrebuje kompenzacijo disperzije

Namesto da obravnavate kompenzacijo disperzije kot privzeto zahtevo, preučite ta diagnostična vprašanja:

Kakšna je vaša vrsta vlaknin?Če uporabljatevečmodno vlakno, je modalna disperzija vaša glavna skrb in jo rešujete z izbiro razreda vlaken in pogoji zagona - ne z DCM ali FBG. Če uporabljate eno-optično vlakno, nadaljujte z naslednjim vprašanjem.

Kakšna je razdalja povezave in hitrost prenosa podatkov?Kot groba smernica postane kromatična disperzija pomembna za signale NRZ 10 Gbps na približno 60–80 km na vlaknu G.652 pri 1550 nm. Pri 2,5 Gbps se toleranca razteza na več sto kilometrov. Pri 40 Gbps meja razpršenosti pade na približno 4–6 km brez kompenzacije. Formati modulacije višjega{12}} reda (ki se uporabljajo v koherentnih sistemih 100G+) imajo lastne značilnosti tolerance disperzije.

Je to podedovana povezava ali nova zgradba?V starih tovarnah vlaken je dodajanje DCM na mestih ojačevalnikov običajen in preizkušen pristop. Za nove uvedbe sta lahko izbira prave vrste vlakna in načrtovanje koherentnih oddajnikov z DSP stroškovno -učinkovitejša od vgradnje optične kompenzacije od začetka.

Katero tehnologijo sprejemnika uporabljate?Koherentni sprejemnik z DSP lahko digitalno kompenzira več deset tisoč ps/nm kromatične disperzije. Sprejemnik z neposrednim-zaznavanjem ima veliko nižjo toleranco. Theoddajno-sprejemni modulspecifikacija je ključni vhodni podatek za izračun proračuna disperzije.

Je PMD dejavnik?Preverite karakterizacijo PMD vaše rastline vlaken. Na sodobnih vlaknih G.652.D ni verjetno, da bi PMD predstavljal zaskrbljenost pod 40 Gbps. Pri starejših vlaknih z neznano zgodovino PMD je priporočljivo testiranje pred uvedbo.

Praktični scenariji: uporaba znanja o disperziji na resničnih povezavah

Scenarij 1: večmodna povezava podatkovnega centra podjetja

Podatkovni center v kampusu, ki povezuje dve zgradbi, oddaljeni 150 metrov z uporabo večmodnega vlakna OM4 pri 10 Gbps (850 nm). Na tej razdalji je modalna pasovna širina precej znotraj specifikacije OM4 (4700 MHz·km efektivne modalne pasovne širine). Kromatična disperzija pri 850 nm je prisotna, vendar je pri tej dolžini zanemarljiva. Namenska kompenzacija disperzije ni potrebna. Primarni premislek pri oblikovanju je zagotavljanje pravilneganamestitev kablaohraniti kakovost in čistočo konektorjevvstavljena izgubaznotraj proračuna.

Scenarij 2: Metro povezava v enem načinu-pri 10 Gbps

Metropolitanski omrežni operater, ki uporablja 10G DWDM prek 120 km vlaken G.652.D pri 1550 nm. Akumulirana kromatična disperzija je približno 2040 ps/nm. To presega običajno tolerančno okno za sprejemnik z neposrednim-zaznavanjem 10G NRZ (približno 1000–1200 ps/nm). Operater namesti DCM na sredi-mesto ojačevalnika razpona, da spravi neto disperzijo v toleranco. PMD na tem sodobnem vlaknu je precej pod 0,1 ps/√km in ne zahteva ločene obdelave pri 10 Gbps.

Scenarij 3: Koherentni-prevoz 100G na dolge razdalje

Dolga-povezava 800 km z uporabo vlaken G.652.D z ojačanjem EDFA vsakih 80 km, ki prenaša 100G DP-QPSK prometa. Skupna akumulirana kromatična disperzija presega 13.000 ps/nm. Vendar pa DSP koherentnega sprejemnika digitalno kompenzira kromatsko disperzijo, kar odpravlja potrebo po vgrajenih DCM. Zasnova mesta ojačevalnika se osredotoča na upravljanje števila šuma in optimizacijo OSNR namesto na kompenzacijo optične disperzije. Toleranca PMD koherentnega sprejemnika je običajno 20–30 ps DGD, kar je precej nad tistim, kar proizvede ta rastlina vlaken. Končni rezultat je enostavnejša, nižja-cenovna veriga ojačevalnikov v primerjavi s podedovanim 10G neposrednim-sistemom zaznavanja na isti poti.

Pogoste napake pri ocenjevanju razpršenosti vlaken

Zamenjajoča disperzija z atenuacijo.Kot je navedeno zgoraj, gre za različne okvare. Povezava, ki presega proračun za optično moč, lahko še vedno odpove zaradi prevelike disperzije. Vedno izračunajte oba proračuna.

Obravnavanje vseh vrst disperzij kot zamenljivih.Modalno disperzijo v večmodovnem vlaknu, kromatsko disperzijo v eno-modnem vlaknu in PMD povzročajo različni mehanizmi, vplivajo na različne vrste sistemov in zahtevajo različne strategije ublažitve. Uporaba DCM na večmodni povezavi ali poskus reševanja težav z modalno pasovno širino s koherentnim sprejemnikom bi bila napačna uporaba tehnologije.

Ob predpostavki, da je nadomestilo vedno potrebno.Mnogipatch kabel iz optičnih vlakenpovezave in kratko{0}}povezave delujejo dobro znotraj svoje tolerance razpršenosti. Dodajanje nepotrebne kompenzacijske strojne opreme poveča stroške, vstavljene izgube in kompleksnost sistema. Vedno začnite s proračunom povezave, ne s privzeto predpostavko.

Neupoštevanje naklona disperzije.V sistemih DWDM se koeficient kromatične disperzije spreminja po pasu valovnih dolžin. DCM, ki popolnoma kompenzira osrednji kanal, lahko pusti robne kanale s precejšnjo preostalo disperzijo. Za širokopasovne sisteme bodo morda potrebni-kompenzacijski moduli, ki se ujemajo z naklonom, ali-nastavljivi kompenzatorji na kanal.

Pregled zapisov o rastlinah vlaken.Natančno poznavanje vrste vgrajenega vlakna, dolžine in izmerjene disperzije je bistveno za načrtovanje kompenzacije. Predpostavka generičnih vrednosti, ko so na voljo dejanski podatki o obratu, je pogost vir zapravljanja marže ali, še huje, premajhne-kompenzacije.

Pogosto zastavljena vprašanja

Kaj je disperzija optičnih vlaken na preprost način?

Gre za širjenje svetlobnih impulzov med potovanjem po vlaknu, ki ga povzročijo različni deli signala, ki prispejo ob različnih časih. Rezultat so zamegljeni impulzi, ki zmanjšajo sposobnost sprejemnika, da obnovi poslane podatke.

Katere so glavne vrste disperzije optičnih vlaken?

Tri glavne kategorije so modalna disperzija (prevladuje v večmodovnem vlaknu), kromatska disperzija (prevladuje v eno-modnem vlaknu) in disperzija polarizacijskega načina (pomembna pri visokih bitnih hitrostih v eno-sistemih). Kromatska disperzija je nadalje sestavljena iz materialne disperzije in valovodne disperzije.

Katera vrsta disperzije je najbolj pomembna pri eno-modnih vlaknih?

Kromatična disperzija je glavna skrb za večino eno-povezovalnih vlaken. PMD postane dodatno pomemben pri 40 Gbps in več, zlasti pri starejših vlaknih z višjimi koeficienti PMD. Modalna disperzija se ne pojavi v eno-modnem vlaknu, ker se širi samo en način.

Kako se kompenzira kromatična disperzija?

Trije glavni pristopi so: optična kompenzacija z uporabo DCF/DCM ali vlaknenih Braggovih rešetk; elektronska kompenzacija z uporabo DSP na sprejemniku (zlasti v koherentnih sistemih); in preprečevanje z ustrezno izbiro vrste vlaken in načrtovanjem valovne dolžine. V sodobnih omrežjih DSP-temelji kompenzacija koherentnaoptični sprejemnikije vse pogosteje privzeti pristop za-hitre povezave.

Ali vsaka povezava vlaken potrebuje kompenzacijo disperzije?

Ne. Kratke povezave in sistemi z nižjo-hitrostjo pogosto dobro delujejo znotraj svoje tolerance razpršenosti brez namenske kompenzacije. Potreba je odvisna od skupnega učinka vrste vlakna, razdalje, hitrosti prenosa podatkov, valovne dolžine in občutljivosti sprejemnika. Ustrezen izračun proračuna povezave mora biti vedno pred odločitvijo o nadomestilu.

Kaj povzroča disperzijo v optičnih vlaknih?

Disperzija je posledica razlik v hitrosti širjenja med komponentami optičnega signala. V večmodnem vlaknu različni prostorski načini potujejo po različnih poteh. V eno-načinskem vlaknu različne valovne dolžine potujejo z različnimi hitrostmi zaradi lastnosti materiala in valovoda vlakna. Dvolomnost v vlaknu povzroči, da imata dve polarizacijski stanji različne zakasnitve.

Ali je ničelna disperzija vedno idealen cilj?

V praksi ne. V sistemih WDM majhna količina lokalne disperzije v vsakem razponu vlaken pomaga zatreti nelinearne motnje, kot je mešanje štiri-valov. Inženirski cilj je upravljati neto disperzijo znotraj sprejemljivega okna na sprejemniku, ne pa jo odpraviti na vsaki točki v povezavi.

Zaključek

Razpršenost optičnih vlaken je poleg slabljenja in nelinearnih učinkov ena temeljnih motenj prenosa v omrežjih z optičnimi vlakni. Razumevanje, katera vrsta disperzije vpliva na vaš sistem - modalno, kromatsko ali PMD -, je prvi korak k učinkovitemu upravljanju. Naslednji korak je ujemanje prave strategije ublažitve s povezavo: izbira vlaken, optična kompenzacija, elektronska kompenzacija ali preprosto potrditev, da kompenzacija ni potrebna.

Za inženirje, ki delajo zenomodno-optično vlaknov podzemnih omrežjih in omrežjih-na dolge razdalje ostaja upravljanje kromatične disperzije osrednja oblikovalska disciplina. Za tiste, ki uvajajovečmodno vlaknopri aplikacijah s-krajšim dosegom je razumevanje omejitev modalne pasovne širine enako pomembno. In ko koherentni DSP še naprej napreduje, se meja med "-omejeno razpršenostjo" in "-obvladljivim DSP" še naprej premika -, zaradi česar je bolj pomembno kot kdaj koli prej pristopiti k razpršenosti kot k-inženirskemu problemu na ravni sistema in ne kot k-popravku ene-komponente.