پراکندگی در فیبر نوری – روش جبران افت

پراکندگی در فیبر نوری – روش جبران افت: پراکندگی فیبر نوری فرایند چگونگی گسترش / پخش سیگنال ورودی هنگام انتشار / حرکت در طول فیبر را توصیف می نماید. به طور کلی ، پراکندگی در کابل فیبر نوری شامل پراکندگی مودال ، پراکندگی رنگی و پراکندگی قطبی می باشد. روش جبران افت ناشی از پراکندگی به سه روش صورت می پذیرد.

 

پراکندگی حالت ها یا مودال Modal Dispersion

 

پراکندگی حالت ها یا مودال مکانیسم اعوجاج است که در فیبر های مالتی مد و سایر طول موج های حرکت نور رخ می دهد ، که در آن سیگنال در زمان به علت سرعت انتشار مختلف برای تمام حالت های نور پخش شده است. همانطور که می دانیم ، پرتو های نوری که از زوایای مختلف وارد فیبر می شوند ، مسیرها / حالت های مختلفی را طی می نمایند. برخی از این پرتو های نور مستقیماً از وسط فیبر عبور می نمایند (حالت محوری) در حالی که سایر پرتو ها به طور متناوب از کلد روکش / هسته می گذرند تا در امتداد گستره موج به صورت زیگزاگ درآیند. هر زمان که یک جهش وجود داشته باشد ، پراکندگی مودال (یا پراکندگی اینتر مودال) رخ می دهد. هرچه مسافت فیبر و حرکت نور طولانی تر باشد ، پراکندگی مودال نیز بیش تر خواهد بود. به عنوان مثال ، حالت های مرتبه بالا (ورود نور با زاویه های تند تر) نسبت به حالت های مرتبه پایین (ورود نور با زاویه های کوچک تر) دارای پراکندگی مودال بیش تری هستند.

 

پراکندگی در فیبر نوری - روش جبران افت

 

فیبر نوری مالتی مود می تواند تا 17 حالت نور را هم زمان پشتیبانی نماید و از پراکندگی مودال بسیار زیادی برخوردار می باشد. در حالی که فیبر نوری سینگل مود ، به این علت که فقط یک حالت نور را پشتیبانی می نماید و در آن تنها یک حالت وجود دارد و نور در امتداد محور فیبر وارد می شود (در حالت محوری وارد می شود) بدون این که از مرز روکش و هسته عبور نماید ، پراکندگی مودال وجود نخواهد داشت.

پراکندگی در فیبر نوری – روش جبران افت

 

با این حال ، اگر شخصی از فیبر نوری مالتی مود با شاخص درجه بندی graded-index استفاده نماید ، شرایط متفاوت می گردد. گرچه پرتوهای نور در حالت های مختلف حرکت می نمایند ، با این حال به دلیل سرعت های مختلف انتشار نور ، پراکندگی مودال یا حالت ها بسیار کاهش می یابد. نظیر آنچه در فیبر های نوری مالنی مد OM2 و OM3 ، OM4 و OM5 اتفاق می افتد.

 

پراکندگی کروماتیک Chromatic Dispersion

پراکندگی رنگی پدیده ای از انتشار سیگنال در طول زمان ناشی از سرعت های مختلف پرتو های نور می باشد. پراکندگی رنگی ترکیبی از اٍثرات پراکندگی نور در گستره طول موج و پراکندگی نور در مواد می باشد.

پراکندگی کروماتیک Chromatic Dispersion

پراکندگی ماده در اثر وابستگی طول موج به ضریب شکست ماده هسته فیبر نوری ایجاد می شود. پراکندگی گستره موج به دلیل وابستگی حالت ثابت انتشار نور به پارامترهای فیبر (شعاع هسته و تفاوت بین ضریب شکست هسته فیبر و روکش  کلد  Cladding) و طول موج سیگنال رخ می دهد. در برخی از فرکانس های خاص ، این دو اثر می توانند یک دیگر را به وسیله انتقال طول موج با پراکندگی رنگی  0 ( صفر ) خنثی نمایند.

علاوه بر این ، پراکندگی رنگی همیشه یک مشکل نیست. نور با سرعت های مختلف در طول موج یا مواد مختلف حرکت می نماید. این سرعت های مختلف باعث می شود که پالس ها در حین عبور از فیبر گسترش یافته و یا فشرده شوند و این امکان فراهم می گردد تا شاخص شکست جهت تولید فیبر نوری برای کاربردهای مختلف به صورت دلخواه تنظیم شود. به عنوان مثال ، فیبر نوری G.652 به این روش طراحی می گردد.

 

پراکندگی حالت قطبی  Polarization Mode Dispersion

 

پراکندگی قطبی (PMD) نشان دهنده وابستگی قطبی شدن مشخصات انتشار امواج نور در فیبر نوری می باشد. در فیبرهای نوری ، معمولاً در مشخصات انتشار امواج نوری با حالت های قطبش مختلف ، اختلاف نوری وجود دارد. هنگامی که نور به عنوان یک موج انرژی یا یک منطقه انرژی تعریف می شود ، دارای 2 محور عمودی متقابل ، یعنی نیروی محرک الکتریکی و نیروی مغناطیسی می باشد. هنگام انتقال انرژی به درون این دو محور با سرعت های مختلف در فیبر نوری ، پدیده PMD رخ می دهد.

پراکندگی قطبی PMD  برای شبکه هایی که سرعت لینک در آن ها کمتر از 2.5 گیگابیت بر ثانیه می باشد تاثیرات ناچیزی خواهد داشت حتی اگر فاصله انتقال از 1000 کیلومتر بیش تر باشد. با این حال ، با افزایش سرعت ، به یک پارامتر مهم تر تبدیل می شود ، خصوصاً وقتی سرعت بیش از 10 گیگابیت بر ثانیه باشد. علاوه بر این که پراکندگی PMD  میتواند در اثر فرآیند تولید شیشه ایجاد شود ، PMD  می تواند تحت تأثیر کابل کشی فیبر نوری ، نصب و همچنین محیط کار  نصب کابل نیز ایجاد شود.

پراکندگی حالت قطبی Polarization Mode Dispersion

 

چگونه می توان تلفات ناشی از پراکندگی فیبر نوری را جبران نمود؟

گرچه پراکندگی فیبر نوری باعث افت سیگنال نمی شود ، اما مسافت حرکت سیگنال در داخل فیبرهای نوری را کوتاه نموده و سیگنال را محو می نماید. به عنوان مثال ، یک پالس 1 نانو ثانیه در فرستنده به 10 نانو ثانیه در گیرنده گسترش می یابد ، در نتیجه سیگنال ها به درستی دریافت و رمزگشایی نمی شوند. بنابراین ، کاهش پراکندگی فیبر نوری یا جبران خسارات ناشی از پراکندگی در انتقال های نوری در مسافت طولانی و شبکه هایی مانند سیستم های DWDM حائز اهمیت می باشد. در ادامه ، ما سه استراتژی را جهت جبران خسارات ناشی از پراکندگی در شبکه فیبر نوری معرفی می نماییم.

 

جبران افت پراکندگی توسط روش DCF  

در روش DCF  (فیبر جبران کننده پراکندگی) ، می توان از یک فیبر نوری با پراکندگی منفی در کنار فیبر نوری معمولی استفاده نمود. مقدار نور توزیع شده به وسیله یک فیبر نوری معمولی با استفاده از یک فیبر جبران کننده پراکندگی که دارای ارزش بسیار زیادی در مقایسه با فیبر معمولی می باشد ، کاهش می یابد یا به صفر می رسد.  در درجه اول 3 طرح وجود دارد (فیبر Pre یا پیش از فیبر، Post یا پس از فیبر و symmetrical یا متوازن) جهت که جبران خسارات ناشی از پراکندگی مورد استفاده قرار می گیرد. از فیبر جبران کننده پراکندگی برای به روزرسانی لینک های فیبر نوری بهینه شده 1310 نانومتری جهت بهره برداری در طول موج 1550 نانومتر به طور گسترده استفاده می شود.

جبران افت پراکندگی توسط روش DCF

 

 جبران خسارات پراکندگی توسط روش FBG

 

FBG یا  Fiber Bragg Grating  دستگاه بازتاب کننده ای متشکل از یک فیبر نوری می باشد که دارای مدولاسیون ضریب شکست هسته در طول مشخصی می باشد. با استفاده از FBG ، می توان اثرات پراکندگی را در سیستم های انتقال با مسافت های طولانی مانند 100 کیلومتر به مقدار قابل توجهی کاهش داد. استفاده از FBG جهت جبران خسارات ناشی از پراکندگی روش مناسبی می باشد زیرا  FBG ها با شبکه پسیو یا غیرفعال فیبر نوری سازگار می باشند و دارای افت کم و قیمت مناسبی می باشند.  FBG ها نه تنها می توانند به عنوان فیلتر برای جبران پراکندگی استفاده شوند ، بلکه می توانند به عنوان سنسور، تثبیت کننده های طول موج برای لیزرها، و در باند باریک WDM فیلترهای افت اضافه شوند.

 

جبران خسارات پراکندگی توسط روش EDC

 

جبران پراکندگی الکترونیکی (EDC) روشی است که با استفاده از فیلتر الکترونیکی (به اصطلاح متعادل کننده نیز شناخته می شود) جهت جبران افت ناشی از پراکندگی در یک لینک ارتباطات نوری مورد استفاده قرار می گیرد. فیلتر الکترونیکی می تواند در یک کانال ارتباطی گنجانده شود تا خسارت افت سیگنال ناشی از محیط را جبران نماید. EDC به طور معمول توسط یک فیلتر نوسنجی ایجاد می گردد که خروجی آن مجموع وزنی تعدادی از ورودی های با تأخیر زمان می باشد. روش EDC توانایی تنظیم خودکار وزن فیلترها را با توجه به ویژگی های سیگنال دریافت شده دارد که به سازگاری شناخته می شود. روش EDC  می تواند در هر دو سیستم فیبر های نوری سینگل مود و مالتی مود مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این ، می توان آن را با کارکرد دیگر در  آی سی های ( ICs )  گیرنده 10 گیگابیت بر ثانیه استفاده نمود. این امر می تواند به میزان قابل توجهی هزینه فرستنده را برای سیستم های فیبر نوری سینگل مد کاهش دهد و در مقابل مسافت انتقال سیگنال را در سیستم های فیبر نوری مالتی مد با هزینه کمتر گیرنده افزایش دهد.
اطلاعات بیشتر در مورد کابل های فیبر نوری :


link

خدمات فیوژن فیبر نوری:


link

 

با سپاس فراوان

شیوا سلطانی ، مجتبی منتخبی

دیدگاه‌ها (0)

*
*