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色散这么好看,为什么光纤却不喜欢?

www.cechina.cn2022.04.01阅读 999

  三百多年前的欧洲,在一个充满阳光的午后,牛顿布下了这样一个局。

  让阳光投射到三棱镜上,穿透棱镜后,光线散开成了由红橙黄绿青蓝紫组成的彩带,投射到屋中的一个幕布上。就这样,看似透明的太阳光在三棱镜的加持下变幻出不可思议的色带。

  这之后,牛顿又将幕布的中间打开一条垂直的裂缝,在幕布的后面布置了第二个三棱镜和第二块幕布。
  只见他转动第一个三棱镜,将红橙黄绿青蓝紫七条彩带依次投射到第一个幕布的裂缝上,再经过第二个三棱镜投射到第二块幕布上。奇迹诞生了,只见第二块幕布上依次呈现的竟然是单一颜色的光。示意图如下所示:

  至此,太阳光被分离成了多种单一颜色呈现在第二块幕布上,牛爵爷利用三棱镜参破了天机:光是可以分散的!太阳光仿佛被封印了一般,平凡的的外表下有一颗色彩丰富的内核。这,就是我们现在常说的光的色散
  1 色散是如何产生的?

  三棱镜实验中控制工程网版权所有,太阳光(也就是复合光)从空气进入玻璃中CONTROL ENGINEERING China版权所有,再由玻璃进入空气,发生了两次折射。要知道,万物皆有趋利性,折射发生时,光也会自然而然的选择最短的路径,在尽量减少能量损耗的情况下前进。从上面牛顿的三棱镜实验中控制工程网版权所有,我们知道复合光本质上是由很多不同颜色的单一光组成的,这些光具备不同的波长,不同波长的光的能量大小是有悬殊的。众口难调,不同波长的光对折射后如何选路产生了分歧,于是,出三棱镜后就“分道扬镳”了。
  所以,光为什么会分散?原来,造成这种分散的就是光的波长,不同波长的光在介质里的折射率不同,传播速度(路径)也不同,必然会造成光(们)的分散传播,色散就形成了。
  光的色散现象说明光在介质中的传播的速度与折射率有很大的关系,折射率越大光速越小,见下面的公式:

  2 色散的影响
  尽管色散能帮助我们走入一个五颜六色的彩色世界,但在通信领域中,色散就真的没有那么美丽了。
  光信号在光纤中传输的过程中,色散是导致损耗的重要因素之一。

  这是由于,光的折射率引起了色散,色散导致了光脉冲产生码间干扰,从而在输出端产生展宽。
  什么是展宽呢?
  展宽就是不同波长的光在介质中因为折射率不同导致传播速度不同,从而产生的光谱宽度增加。换言之,就是一束光在介质中传送时,有些光波折射率大,严重偏离跑道。

  有些光波折射率小,虽然歪歪扭扭,但也能按照既定方向前进。

  光波们的不和谐现象导致了这一束光的宽度比进入介质之前大了,形成了展宽。
  有色散的情况下,光信号传输的距离越远,展宽越严重,后果就是信号失真,误码率性能恶化,严重影响信息的传送质量。
  针对色散给通信造成的影响,如何规避呢?
  3 如何规避色散的影响?
  电影狮子王中有句话说的好:世界上所有的生命都在微妙的平衡中生存。

  经过长时间的探索和研究,人们找到了用补偿的办法去平衡色散的损耗。在多种补偿方法中,色散补偿光纤技术是一种认可度比较高的色散补偿方法。

  在普通的单模光纤系统中,光纤的工作波长在1550nm具有较高的正色散。
  正色散的特质:随着波长的增大,折射率逐步减小。
  按照补偿的思路,需要在这些光纤中增加负色散进行色散补偿,保证整条光纤线路的总色散近似为零。而色散补偿光纤(DCF)是一种主要针对1550nm波长而设计的新型单模光纤控制工程网版权所有,在1550nm处具有较高的负色散(负色散与正色散的特质相反),可以用于在普通的单模光纤系统中进行色散补偿控制工程网版权所有,如下图所示,在1550nm处经过补偿的正负色散之和趋近于零。

  下图为色散补偿光纤应用在单模光纤上的公式。

  实际应用中,传输线路采用DCF和单模光纤串联的方式,补偿单模光纤在1550nm光波长的正色散,达到延长中继距离,减少损耗的目的,从而实现高速度、大容量、长距离的通信。如下图所示:

  DCF作为色散补偿,具有以下优点:
  ● 补偿效果显著,系统工作稳定。
  ● 操作简便,补偿光纤直接接入传输系统即可实现补偿。
  ● 色散补偿量按需可控www.cechina.cn,根据传输系统实际需要的补偿量进行按需调整
  友情提示:光信号在传输线路上跑的距离远了,还会产生其他损耗,例如:线路衰减。为了规避线路衰减,就要考虑使用EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)掺饵光纤放大器了。
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