La dispersión es tan hermosa, ¿por qué no les gusta a las fibras ópticas?
Sep 04, 2023
Hace más de trescientos años en Europa, en una tarde soleada, Newton trazó ese plan.
Deja que la luz del sol brille sobre el prisma. Después de atravesar el prisma, la luz se difunde en cintas de colores compuestas de rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta, y se proyecta sobre una cortina de la habitación. De este modo, la luz solar aparentemente transparente se transforma en increíbles franjas de colores con la ayuda del prisma.
Después de esto, Newton abrió una grieta vertical en el medio de la cortina y dispuso un segundo prisma y una segunda cortina detrás de la cortina.
Lo vi girar el primer prisma y proyectar siete cintas de colores rojo, naranja, amarillo, verde, azul y morado sobre las grietas de la primera cortina, y luego a través del segundo prisma hacia la segunda cortina. Ocurrió un milagro. Lo que apareció en la segunda cortina fue un solo color de luz. El diagrama esquemático es el siguiente:
En este punto, la luz del sol se separa en varios colores únicos y se presenta en la segunda cortina. Lord Niu usa un prisma para revelar el secreto: ¡la luz se puede dispersar! La luz del sol parece estar sellada y hay un núcleo colorido bajo la apariencia ordinaria. Esto es lo que solemos llamar dispersión de la luz.
1. ¿Cómo se produce la dispersión?
El fenómeno de que la luz compuesta se descompone en tres colores se llama dispersión de la luz.
En el experimento del prisma, la luz solar (es decir, luz compuesta) ingresa al vidrio desde el aire y luego ingresa al aire desde el vidrio, donde se refracta dos veces. Debes saber que todo es beneficioso. Cuando se produce la refracción, la luz elegirá naturalmente el camino más corto y avanzará minimizando la pérdida de energía. A partir del experimento del prisma de Newton anterior, sabemos que la luz compuesta se compone esencialmente de muchas luces individuales de diferentes colores. Estas luces tienen diferentes longitudes de onda y la energía de la luz de diferentes longitudes de onda es muy diferente. Es difícil conciliar opiniones y la luz de diferentes longitudes de onda tiene opiniones diferentes sobre cómo elegir el camino después de la refracción. Por lo tanto, después de salir del prisma, "se separaron".
Entonces, ¿por qué se dispersa la luz? Resulta que lo que provoca esta dispersión es la longitud de onda de la luz. La luz de diferentes longitudes de onda tiene diferentes índices de refracción en el medio y diferentes velocidades de propagación (trayectorias), lo que inevitablemente hará que la luz se propague y se propague, y se forme dispersión.
El fenómeno de dispersión de la luz muestra que la velocidad de la luz que se propaga en el medio tiene una gran relación con el índice de refracción. Cuanto mayor es el índice de refracción, menor es la velocidad de la luz. Vea la siguiente fórmula:
V=C/N
C es la velocidad de propagación de la luz en el vacío,
constante 300,000 km/s
N es el índice de refracción del medio a la luz.
2. El efecto de la dispersión
Aunque la dispersión puede ayudarnos a entrar en un mundo colorido, en el campo de las comunicaciones la dispersión realmente no es tan hermosa.
Durante la transmisión de señales ópticas en fibras ópticas, la dispersión es uno de los factores importantes que causan pérdidas.
Esto se debe a que el índice de refracción de la luz provoca dispersión, lo que provoca interferencias entre códigos en el pulso de luz, ampliando así el extremo de salida.
¿Qué es el estiramiento?
Ampliación significa que la luz de diferentes longitudes de onda viaja a diferentes velocidades en el medio debido a diferentes índices de refracción, lo que resulta en un aumento en el ancho espectral. En otras palabras, cuando un haz de luz se transmite en un medio, algunas ondas de luz tienen un índice de refracción grande y se desvían seriamente de la pista.
Algunas ondas de luz tienen un índice de refracción pequeño y, aunque estén torcidas, aún pueden viajar en una dirección predeterminada.
La disonancia de las ondas luminosas hace que la anchura de este haz de luz sea mayor que antes de entrar en el medio, formándose un ensanchamiento.
En el caso de dispersión, cuanto mayor sea la distancia de transmisión de la señal óptica, más grave será el ensanchamiento. El resultado es la distorsión de la señal y el deterioro de la tasa de error de bits, lo que afecta seriamente la calidad de la transmisión de información.
¿Cómo evitar el impacto de la dispersión en la comunicación?
3. ¿Cómo evitar la influencia de la dispersión?
Después de un largo período de exploración e investigación, la gente ha encontrado una manera de utilizar la compensación para equilibrar la pérdida de dispersión. Entre varios métodos de compensación, la tecnología de fibra de compensación de dispersión es un método de compensación de dispersión altamente reconocido.
Uno de los métodos de compensación de dispersión: fibra de compensación de dispersión DCF
En los sistemas de fibra óptica monomodo ordinarios, la longitud de onda operativa de la fibra óptica tiene una alta dispersión positiva a 1550 nm.
Características de la dispersión positiva: a medida que aumenta la longitud de onda, el índice de refracción disminuye gradualmente.
Según la idea de compensación, es necesario agregar dispersión negativa a estas fibras ópticas para compensar la dispersión y garantizar que la dispersión total de toda la línea de fibra óptica sea aproximadamente cero. La fibra compensadora de dispersión (DCF) es un nuevo tipo de fibra monomodo diseñada principalmente para la longitud de onda de 1550 nm. Tiene una alta dispersión negativa a 1550 nm (las características de dispersión negativa y dispersión positiva son opuestas) y puede usarse en cables de fibra óptica monomodo comunes. La compensación de dispersión se realiza en el sistema de fibra óptica. Como se muestra en la figura siguiente, la suma de las dispersiones positivas y negativas compensadas se acerca a cero a 1550 nm.
La siguiente es la fórmula para la fibra de compensación de dispersión aplicada a la fibra monomodo.
D(Como)L+Dc(Como)Lc=0
D( λ s) es el coeficiente de dispersión de la fibra monomodo en la longitud de onda operativa λ s
Dc( λ s) es el coeficiente de dispersión de DCF en la longitud de onda operativa λ s
L y LC son las longitudes de la fibra monomodo convencional y D CF respectivamente.
En aplicaciones prácticas, DCF y fibra monomodo se utilizan en serie en la línea de transmisión para compensar la dispersión positiva de la fibra monomodo en una longitud de onda óptica de 1550 nm, a fin de extender la distancia del relé y reducir la pérdida, a fin de lograr alta- Velocidad, gran capacidad y comunicación de larga distancia. Como se muestra abajo:
Como compensación de dispersión, el DCF tiene las siguientes ventajas:
El efecto de compensación es notable y el sistema funciona de manera estable.
La operación es simple y la fibra de compensación se puede conectar directamente al sistema de transmisión para realizar la compensación.
La cantidad de compensación de dispersión es controlable según sea necesario y se puede ajustar según sea necesario de acuerdo con la cantidad de compensación real requerida por el sistema de transmisión.
Aviso:
A medida que la señal óptica viaja más lejos en la línea de transmisión, se producirán otras pérdidas, como la atenuación de la línea. Para evitar la atenuación de la línea, es necesario considerar el uso de un amplificador de fibra dopado con erbio EDFA (Amplificador de fibra dopada con erbio).
