Karakteristik fib optik

Apresiyal optik vwayajeyon sèten distans nan fib optik, yo sibi atenuasyon ak deformation, sa ki lakòz opinyon ak pwodiksyon pulsasyon siyal optik yo diferan. Sa a manifeste kòm atenuasyon anplitid ak elaji ond nan pulsasyon optik yo. Kòz la nan fenomèn sa a se prezans nan pèt ak dispèsyon nan fib optik la. Pèt ak dispèsyon yo se paramèt ki pi enpòtan ki dekri karakteristik transmisyon fib optik, limite distans transmisyon ak kapasite sistèm nan. Seksyon sa a sitou diskite sou mekanis ak karakteristik pèt ak dispèsyon fib optik.

★Karakteristik fib optik (pati 2)

Pèt karakteristik fib optik

Pèt fib optik mennen nan atenuasyon siyal, kidonk pèt fib optik yo rele tou atenuasyon. Kòm distans la ogmante nan fib optik, entansite siyal limyè a diminye, jan sa a: P(z)=P(0) /10 - (4) kote P(z) se pouvwa optik la nan distans transmisyon z; P(0) se opinyon pouvwa optik nan fib optik la, sa vle di, pouvwa optik enjekte nan z=0; (λ) se koyefisyan atenuasyon fib optik nan longèdonn an dB / km; ak L se distans transmisyon an.

Lè t=L, koyefisyan atenuasyon fib la defini kòm

(λ)=(10/L) lg[P(0)/P(L)]

Lè longèdonn k ap travay λ la se dB, si yo mezire koyefisyan atenuasyon an an inite dB pou chak kilomèt, lè sa a A(λ) (inite se dB) eksprime jan:

A(λ)=10 lg[P(0)/P(L)]

Kominikasyon fib optik te devlope ansanm ak amelyorasyon kontinyèl nan fabrikasyon fib optik, espesyalman rediksyon pèt fib. Pèt fib se youn nan faktè prensipal yo detèmine distans relè a nan yon sistèm kominikasyon fib optik. Anpil faktè kontribye nan pèt fib, prensipalman pèt absòpsyon, pèt gaye, ak pèt adisyonèl, ak mekanis ki kache pèt sa yo se byen konplèks. Diskisyon sa a sèvi ak fib optik silica kòm yon egzanp pou ilistre plizyè kòz pèt.

Pèt absòpsyon

Pèt absòpsyon sitou gen ladan absòpsyon intrinsèques, absòpsyon enpurte (radikal OH), ak absòpsyon defo estriktirèl. Absòpsyon intrinsèque gen ladan absòpsyon enfrawouj ak iltravyolèt.

Enfrawouj absòpsyon se absòpsyon enèji limyè ki te koze pa sonorite molekilè lè limyè pase nan vè kwatz ki konpoze de SiO2. Pou egzanp, pik yo absòpsyon nan Si-O yo nan 9.1 μm, 12.5 μm, ak 21.3 μm, ak pèt absòpsyon nan fib optik se kòm yon wo 10 dB / km nan 9.1 μm. Absòpsyon iltravyolèt se enèji ki absòbe lè elektwon yo eksite pou tranzisyon nan pi wo nivo enèji pa vag limyè. Absòpsyon sa a rive nan rejyon iltravyolèt la e se poutèt sa anjeneral yo rele absòpsyon iltravyolèt. Materyèl vè yo genyen iyon metal tranzisyon tankou fè ak kwiv, osi byen ke iyon OH-. Absòpsyon enpurte se pèt ki te koze pa absòpsyon enèji limyè pa etap elektwon ki te pwodwi pa vibrasyon ion anba eksitasyon vag limyè. Pa egzanp, nan 1.39 μm, atenuasyon an se 60 dB/km lè konsantrasyon ion OH- se 1 × 10⁻⁶.

Pèt gaye

Pèt gaye se pèt ki gaye enèji limyè soti nan fib optik la nan fòm lan nan gaye. Li koze pa-dansite ki pa inifòm nan fib la. Kalite prensipal yo nan pèt gaye nan fib optik gen ladan gaye Rayleigh, gaye Mie, ankouraje Brillouin gaye, ankouraje Raman gaye, domaj estriktirèl adisyonèl ak gaye koube, ak gaye flit.

Pandan fabrikasyon fib optik, mouvman tèmik molekil nan glas fonn lakòz fluctuations nan dansite ak endèks refraktif nan estrikti li yo, ki an vire lakòz gaye limyè. Dispersion ki te koze pa patikil ki pi piti anpil pase longèdonn limyè a rele Rayleigh gaye; gaye ki koze pa patikil ki gen menm longèdonn ak limyè yo rele dispersion Mie.

Rayleigh gaye se kòz prensipal pèt fib. Rayleigh gaye montre yon pwopriyete pwopòsyonèl ak 1/λ nan longèdonn kout la, sa vle di, R=K/λ. Konstan pwopòsyonèl K a gen rapò ak estrikti vè ak konpozisyon. Anjeneral, pi wo tanperati tranzisyon an vè ak plis konplèks konpozisyon li yo, se pi gwo pèt gaye Rayleigh la.

Rayleigh gaye enfliyanse pa entansite limyè ensidan an. Stimule Brillouin gaye ak ankouraje Raman gaye, nan lòt men an, rive lè dansite enèji limyè a depase yon sèten valè segondè, epi yo pwodui pa entèraksyon ki genyen ant limyè ak mwayen an.

Lòt pèt

Lòt pèt (oswa pèt aplikasyon) se pèt ki soti nan sous ekstèn, tankou sa yo ki te koze pa tòde fib oswa presyon lateral pandan konstriksyon, enstalasyon, ak operasyon, sa ki lakòz makro-koube ak mikwo- koube fib la.

Sa ki lakòz pèt fib yo rezime nan Figi:

Karakteristik dispèsyon nan fib optik

Nan fizik, dispèsyon refere a fenomèn kote limyè diferan koulè gaye apre yo fin pase nan yon mwayen transparan. Yon gwo limyè blan divize an yon seri sèt-koulè apre li fin pase nan yon prism. Sa a se paske vè gen diferan endis refraktif pou diferan koulè (diferan frekans oswa longèdonn diferan). Pi long longèdonn lan (oswa pi ba frekans lan), se pi ba endèks refraktif glas la; pi kout longèdonn lan (oswa pi wo frekans lan), se pi wo endèks refraktif la. Nan lòt mo, endèks refraktif vè a se yon fonksyon nan frekans lan (oswa longèdonn) nan vag limyè a. Lè limyè blan ki konpoze de diferan koulè ensidan nan menm ang θ a, dapre lalwa refraksyon (n=sinθ/n²), diferan koulè limyè yo pral gen diferan ang refraksyon akòz diferan n² valè yo, konsa separe koulè yo diferan nan limyè, sa ki lakòz dispèsyon. Depi n=c/n (kote c se vitès limyè a, c=3 × 10⁻⁶ m/s), li klè ke diferan koulè limyè vwayaje nan vitès diferan nan glas la.

Nan teyori pwopagasyon fib optik, siyifikasyon an nan tèm "dispèsyon" te elaji. Nan fib optik, siyal yo pote ak transmèt pa vag limyè nan anpil mòd diferan oswa frekans. Lè siyal la rive nan tèminal la, diferan mòd oswa frekans vag limyè yo fè eksperyans diferans reta transmisyon, sa ki lakòz distòsyon siyal. Fenomèn sa a kolektivman rele dispèsyon. Pou siyal dijital, dispèsyon lakòz batman elaji apre pwopagasyon yon distans sèten nan fib la. Nan ka grav, pulsasyon youn apre lòt pral sipèpoze, fòme entèferans entèsymbol. Se poutèt sa, dispèsyon detèmine Pleasant transmisyon fib optik la ak limite vitès transmisyon sistèm lan oswa distans repete. Dispersion ak Pleasant se menm karakteristik fib optik ki dekri nan diferan pèspektiv.

Ki baze sou kòz yo nan dispèsyon, dispèsyon fib optik se sitou divize an: dispèsyon modal, dispèsyon materyèl, dispèsyon waveguide, ak dispèsyon mòd polarizasyon, ki pral prezante anba a.

Mode Dispersion

Dispèsyon modal jeneralman egziste nan fib multimode. Paske mòd miltip coexist nan yon fib multimode, ak vitès pwopagasyon gwoup nan mòd diferan sou aks fib la diferan, yo pral inevitableman rive nan tèminal la nan diferan moman, sa ki lakòz yon diferans reta tan ak fòme dispèsyon intermodal, kidonk sa ki lakòz batman lajè elaji. Elaji batman an akòz dispèsyon modal yo montre nan Figi 2-10. Pou yon fib mòd sèl ideyal, depi se yon sèl mòd (mòd fondamantal - mòd LP oswa HE) transmèt, pa gen okenn dispèsyon modal, men dispèsyon mòd polarizasyon egziste.

Kounye a, nou estime dispèsyon modal maksimòm yon etap-fib multimode endèks. Figi 2-11 montre dispèsyon modal yon fib multimode etap-. Nan yon etap-fib multimode endèks, de reyon pwopaje ki pi rapid ak pi dousman se reyon ① ki pwopaje sou aks la ak reyon ② ensidan nan yon ang kritik 0 degre, respektivman. Se poutèt sa, dispèsyon mòd maksimòm nan yon fib multimode etap-endèks se diferans ki genyen ant tan an pran pa ray ② (Tmax) ak tan an pran pa ray ① (Tmin) rive nan tèminal la, ΔT._mux: ΔT_mux = T_max / T_min

Dapre optik jewometrik, nan yon fib optik ki gen longè L, se pou vitès reyon limyè ① ak ② sou direksyon axial la se c/n ak sinθ·c/n, respektivman. Se poutèt sa, dispèsyon modal fib optik la se...

Nan fib optik ki fèb gide (fib kote n_iak n_idiferan anpil), A=(n_i- n)/n. Si Δ=1%, n_i= 1.5 pou fib silica optik, ak longè fib la se 1 km, Lè sa a, maksimòm dispèsyon entèmodal ΔT_mka kalkile kòm 50 ns. Se poutèt sa, li evidan ke pi long longè fib la, pi grav dispèsyon entèmodal la; ak pi gwo diferans relatif nan endèks refraktif Δ, pi grav la dispèsyon entèmodal la.

Dispèsyon materyèl

Paske endèks refractive nan materyèl fib optik varye ak longèdonn limyè a, vitès gwoup diferan frekans siyal optik la diferan, sa ki lakòz yon diferans reta transmisyon, yon fenomèn ke yo rekonèt kòm dispèsyon materyèl. Dispèsyon sa a depann de karakteristik longèdonn endèks refraktif materyèl fib optik la ak liy lajè sous limyè a.

Nan sistèm kominikasyon dijital fib optik, limyè pwodiksyon ki soti nan sous limyè aktyèl la se pa yon longèdonn sèl men li gen yon sèten lajè liy espèk. Piske endèks refraktif materyèl fib la se yon fonksyon longèdonn, vitès pwopagasyon limyè anndan li (λ)=c/n(λ) varye tou ak longèdonn lan. Lè yon limyè batman kè emèt pa yon sous limyè ak yon sèten linewidth espèk se ensidan sou yon sèl -fib mòd ak pwopaje, batman kè limyè nan longèdonn diferan pral gen diferan vitès pwopagasyon, sa ki lakòz yon diferans delè lè yo rive nan fen pwodiksyon an, kidonk sa ki lakòz elaji batman kè. Sa a se mekanis nan dispèsyon materyèl.

Si yo konnen vitès gwoup la se u=da/dB, lè sa a reta gwoup la pou chak inite longè se T=1/v,=n,/c. Se poutèt sa, dispèsyon materyèl nan yon fib optik ki gen longè L se...

Nan fòmil la, c se vitès limyè a nan vakyòm; λ se endèks refraktif nwayo fib la; λ se longèdonn limyè a; ak Aλ se lajè liy espektral sous limyè a, kote Aλ=λ - λ, ki reprezante ranje longèdonn ki santre nan A. Anjeneral, yo itilize koyefisyan dispèsyon pou mezire grandè dispèsyon an. Koyefisyan dispèsyon D (inite: ps/(nm·km)) defini kòm...

Li ka wè ke koyefisyan dispèsyon an se dispèsyon ki te koze pa yon sous limyè ak yon inite lajè liy espèk pwopaje nan yon longè inite nan fib optik. Si yo konnen koyefisyan dispèsyon materyèl fib optik la, dispèsyon materyèl la ka fasil pou kalkile kòm ΔTm=DmAAL.

Egzanp 2-1: Sipoze koyefisyan maksimòm dispèsyon materyèl yon fib optik nan yon longèdonn 1.31m se D=3.5ps/(nm·km). Si yo itilize yon lazè semi-kondiktè ki gen yon longèdonn sant 1.31µm pou jenere limyè transmisyon ak yon lajè liy espèk λ=4nm, kalkile dispèsyon materyèl ki te koze pa limyè sa a pwopaje nan yon longè 1km fib optik.

Solisyon: Dispèsyon materyèl fib optik la ka fasil kalkile jan:

T_m = D_mLΔA=3.5ps/(nm·km) x 1km x 4nm=0.014ns=14ps

Jan yo wè nan Egzanp 2-1, dispèsyon materyèl la relativman piti, menm pi piti pase dispèsyon modal yon fib multimode etap-endèks. Li ta dwe remake tou ke koyefisyan dispèsyon nan yon fib optik (pa sèlman koyefisyan dispèsyon materyèl la) ka pozitif oswa negatif. Nan fib optik, reta gwoup la (A) ogmante ak longèdonn konpayi asirans lan; nan lòt mo, pi kout vag limyè longèdonn pwopaje pi vit.Nan ka sa a, koyefisyan dispèsyon an negatif, yo rele dispèsyon negatif; okontrè, onn limyè longèdonn ki pi long yo pwopaje pi dousman pase onn limyè longèdonn ki pi kout yo.

Isit la, koyefisyan dispèsyon an pozitif, yo rele dispèsyon pozitif. Klèman, si de fib optik ak siy koyefisyan dispèsyon opoze yo fusion ansanm, dispèsyon materyèl la pral amelyore.

dispèsyon ond

Dispèsyon Waveguide ΔTw refere a yon mòd espesifik gide nan yon fib optik. Diferan longèdonn yo gen diferan konstan faz, sa ki lakòz diferan vitès gwoup e konsa dispèsyon. Dispèsyon Waveguide tou gen rapò ak divès faktè tankou paramèt estriktirèl fib optik la ak diferans relatif endèks refraktif ant nwayo a ak CLADDING; Se poutèt sa, li rele tou dispèsyon estriktirèl.

Dispèsyon mòd polarizasyon

Dispèsyon mòd polarizasyon se yon kalite dispèsyon inik nan fib optik mòd sèl -. Paske yon sèl -fib mòd aktyèlman transmèt de mòd polarizasyon mityèlman orthogonal, jaden elektrik yo polarize nan direksyon x ak y, respektivman.

Pleasant fib optik

Dispèsyon ak Pleasant fib optik dekri menm karakteristik la. An reyalite, dispèsyon dekri nan ki pwen yon batman limyè elaji sou aks tan an apre transmisyon; li se yon deskripsyon karakteristik fib la nan domèn tan an. Bandwidth, nan lòt men an, dekri karakteristik sa a nan domèn nan frekans. Nan domèn frekans, pou yon siyal modulation, fib optik la ka konsidere kòm yon filtè ki ba -pase. Lè konpozan frekans segondè-siyal modulasyon an pase ladan l, yo diminye anpil. Sa vle di, si anplitid la nan siyal la opinyon (siyal la modulation) rete konstan, men se sèlman frekans yo chanje, anplitid la nan siyal la pwodiksyon apre transmisyon nan fib la ap chanje ak frekans nan siyal la modulation (siyal antre). TTU-T rekòmande pou presize ke lajè a nan yon fib optik se [lajè a pou chak kilomèt].