Qu'est-ce que la dispersion des fibres ?Comment compenser la dispersion ?
Qu'est-ce que la dispersion des fibres ?
La dispersion de la fibre indique l'état de propagation du signal d'entrée dans la fibre. Il fait référence à la distorsion du signal causée par la propagation de différentes composantes de fréquence ou de différents composants de mode du signal optique à différentes vitesses. Il comprend principalement trois cas : la dispersion intermodale, la dispersion de chrominance et la dispersion modale de polarisation.
Dispersion intermodale
La dispersion intermode est un mécanisme de distorsion du signal qui se produit dans les fibres multimodes et autres guides d'ondes. Dans une fibre multimode, les rayons lumineux entrant dans la fibre à différents angles d'incidence sont définis comme un chemin ou un motif. Comme le chemin de transmission de chaque mode est différent, son la vitesse de transmission (c'est-à-dire la vitesse de groupe) est également différente, il existe donc une différence de temps entre les modes de transmission du signal pour atteindre le terminal à fibre optique. En général, une partie de la lumière passe directement à travers le noyau (en mode axial), tandis que d'autres rebondissent aller-retour entre les limites gaine/noyau et se déplacer en zigzag le long du guide d'ondes, comme illustré dans la fibre multimode à saut d'indice ci-dessous. Le fait est que dès que la lumière est réfractée, une dispersion intermode/mode se produit. Parmi eux, la dispersion intermode est positivement corrélé avec le chemin de transmission, c'est-à-dire que la dispersion inter-mode causée par le mode d'ordre élevé (le rayon entre à un angle plus grand pour une distance plus longue) est supérieure à celle causée par le faible -mode de commande (le rayon entre à un angle plus petit pour une distance plus courte).
1 Dispersion intermode dans les fibres multimodes à saut d'indice
La fibre multimode peut accueillir jusqu'à 17 modes de propagation de rayons en même temps, et sa dispersion intermode est beaucoup plus élevée que celle de la fibre monomode. C'est parce que les fibres monomodes ont un seul mode de propagation, c'est-à-dire que la lumière se déplace le long du noyau (axial mode) sans se refléter sur la limite de la gaine, de sorte qu'aucune dispersion intermode ne se produit. Cependant, si une fibre multimode à gradient d'indice est utilisée, la situation est différente. le trajet des rayons lumineux n'est pas une ligne droite mais une courbe, et la vitesse de propagation des rayons lumineux change également. Par conséquent, la dispersion inter-mode peut être considérablement réduite en sélectionnant la distribution d'indice de réfraction appropriée.
Dispersion de la chrominance
La dispersion de chrominance fait référence à l'élargissement des impulsions optiques provoqué par les différentes vitesses de groupe des différentes composantes de longueur d'onde dans la fibre optique, y compris la dispersion du matériau et la dispersion du guide d'ondes.
2 Dispersion de chrominance
La dispersion du matériau est causée par la dépendance de l'indice de réfraction sur la longueur d'onde du matériau du noyau, tandis que la dispersion du guide d'ondes est causée par la dépendance de la constante de propagation de mode sur les paramètres de la fibre (rayon du noyau, la différence d'indice de réfraction entre le noyau et la gaine) et la longueur d'onde du signal. À certaines fréquences, la dispersion du matériau et la dispersion du guide d'ondes peuvent s'annuler, de sorte qu'une longueur d'onde se rapprochant de la dispersion de la chrominance 0 est obtenue. En fait, la dispersion de la chrominance n'est pas toujours préjudiciable. La lumière voyage à différentes vitesses dans différentes longueurs d'onde ou matériaux, provoquant l'élargissement ou la compression des impulsions lumineuses dans la fibre, ce qui permet de personnaliser les profils d'indice de réfraction pour produire des fibres à des fins différentes. La fibre optique G.652 en est un exemple.
Dispersion du mode de polarisation
La dispersion des modes de polarisation (PMD) reflète la dépendance à la polarisation des caractéristiques de propagation des ondes lumineuses dans les fibres optiques. Dans les fibres optiques réelles, il existe deux modes de polarisation perpendiculaires l'un à l'autre. Idéalement, les deux modes de polarisation devraient avoir les mêmes caractéristiques de propagation des ondes, mais en général, il existe des différences subtiles entre les différents modes de polarisation. Cela est dû au changement ou à la perturbation de la température, de la pression et d'autres facteurs dans le processus de propagation, entraînant différents vitesses de transmission des deux modes de polarisation, ce qui entraîne un retard temporel et une dispersion des modes de polarisation.
3 Formation de dispersion de mode de polarisation
La dispersion du mode de polarisation a peu d'effet sur les réseaux avec des vitesses de liaison inférieures à 2,5 Gbps, même si la distance de transmission est supérieure à 1000 km. Cependant, avec l'augmentation de la vitesse de transmission, en particulier lorsque la vitesse de transmission dépasse 10 Gbps, l'influence de la dispersion du mode de polarisation augmente de manière spectaculaire et devient un paramètre de fibre qui ne peut être ignoré. La dispersion du mode de polarisation est principalement produite dans le processus de fabrication du verre, en plus du câblage de la fibre optique, de l'environnement d'installation et d'utilisation et d'autres facteurs l'affecteront.
Comment compenser la dispersion ?
Bien que la dispersion de la fibre n'affaiblisse pas le signal, elle raccourcit la distance de propagation du signal à l'intérieur de la fibre et provoque en même temps une distorsion du signal. Par exemple, une impulsion lumineuse de 1 nanoseconde à l'extrémité émettrice peut être élargie à 10 nanosecondes à l'extrémité l'extrémité de réception, ce qui empêche la réception et le décodage corrects du signal. Par conséquent, il est très important de réduire la dispersion des fibres ou de la compenser dans les systèmes de transmission longue distance tels que le multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM). Trois stratégies de compensation de dispersion couramment utilisées et les méthodes sont présentées ci-dessous.
Fibre à dispersion compensée
En utilisant la technique de la fibre à compensation de dispersion (DCF), la fibre dispersive négative peut être ajoutée à la fibre conventionnelle. Par rapport à la fibre conventionnelle, la valeur de dispersion est très grande et la dispersion est positive, ce qui rend la distribution de la lumière dans ce Le type de fibre réduit ou même disparaît. En y ajoutant une fibre de compensation de dispersion négative, la dispersion totale de toute la ligne de fibre peut être approximativement nulle, de manière à réaliser une communication à grande vitesse, à grande capacité et longue distance. La fibre de compensation de dispersion a principalement trois mécanismes de compensation, y compris la pré-compensation, la post-compensation et la compensation de symétrie.
4 Trois mécanismes de compensation de dispersion
Réseau de Bragg en fibre
Le réseau de Bragg à fibre (FBG) est un dispositif de réflexion composé de fibre, qui peut moduler son indice de réfraction central dans une certaine plage. Dans les systèmes de transmission longue distance tels que 100 km, l'effet de dispersion peut être considérablement réduit par ce dispositif. Lorsque le le faisceau passe à travers le réseau de Bragg à fibre, la longueur d'onde répondant à la condition de modulation sera réfléchie et la longueur d'onde restante continuera à être transmise le long de la fibre à travers le réseau de Bragg à fibre. L'utilisation du réseau de Bragg à fibre pour la compensation de dispersion présente de grands avantages, car la fibre Bragg le réseau peut être intégré à d'autres dispositifs à fibre passive, à faible perte d'insertion et à faible coût. De plus, le réseau de Bragg à fibre peut être utilisé non seulement comme filtre pour la compensation de dispersion, mais également comme capteur, stabilisateur de longueur d'onde pour les lasers pompés et un filtre plus/moins WDM à bande étroite.
Compensation de la dispersion des électrons
La compensation de dispersion électronique (EDC) est une méthode permettant d'obtenir une compensation de dispersion dans les liaisons de communication optiques à l'aide d'un filtrage électronique (également appelé égalisation), c'est-à-dire un filtrage dans le canal de communication pour compenser l'atténuation du signal causée par le support de transmission. La compensation de dispersion électronique est généralement réalisé par le filtre transversal, dont la sortie est la somme pondérée d'une série d'entrées retardées. Il peut ajuster automatiquement le poids du filtre en fonction des caractéristiques du signal reçu, c'est-à-dire de l'auto-adaptation. La compensation de dispersion électronique peut être utilisée dans les systèmes à fibre monomode et les systèmes à fibre multimode. En outre, il peut être combiné avec d'autres fonctionnalités pour les circuits intégrés de récepteur 10 Gbit/s. Il peut réduire considérablement le coût de l'émetteur dans les systèmes à fibre monomode et peut également augmenter la distance de transmission des systèmes à fibre multimode avec de petites pertes de coût du récepteur. .
Conclusion
Bien que la dispersion des fibres optiques puisse affecter la propagation du signal de plusieurs façons, et même provoquer une distorsion du signal, il n'est pas complètement défavorable à la transmission du signal dans une liaison par fibre optique. En fait, lorsque le multiplexage par répartition en longueur d'onde est utilisé, une certaine dispersion de la fibre optique peut être utilisée pour atténuer l'effet non linéaire. Lorsque la dispersion de la fibre est trop grande, la fibre de compensation de dispersion ci-dessus, le réseau de Bragg à fibre, la compensation de dispersion électronique et d'autres méthodes peuvent être sélectionnés pour la compensation de dispersion.