色散这么好看,为什么光纤却不喜欢?

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,太阳光(也就是复合光)从空气进入玻璃中,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,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,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,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,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。

本文来自微信公众号:中兴文档 (ID:ztedoc),作者:中兴文档

广告声明:文内含有的对外跳转链接(包括不限于超链接、二维码、口令等形式),用于传递更多信息,节省甄选时间,结果仅供参考,IT之家所有文章均包含本声明。

文章价值:
人打分
有价值还可以无价值
置顶评论
    热门评论
      全部评论
      一大波评论正在路上
        取消发送
        软媒旗下人气应用

        如点击保存海报无效,请长按图片进行保存分享