Qu'est-ce que la dispersion des fibres?
Différentes composantes de fréquence ou différentes composantes de mode du signal optique (impulsion) transmis dans la fibre optique se propagent à différentes vitesses, et une distorsion du signal (élargissement de l'impulsion) se produira inévitablement après avoir atteint une certaine distance. Ce phénomène est appelé dispersion ou dispersion de fibre optique. Le signal optique transmis en fibre optique a une certaine largeur spectrale, c'est-à-dire que le signal optique a de nombreuses composantes de fréquence différentes. Dans le même temps, dans la fibre multimode, le signal optique peut être composé de plusieurs modes, c'est-à-dire que chaque composante de fréquence peut également être composée de plusieurs composantes de mode.
La dispersion de la fibre optique fait référence à la distorsion du signal causée par différentes composantes de fréquence et différentes composantes de mode avec différentes vitesses de transmission. Dans le système de communication numérique par fibre optique, la dispersion élargit l'impulsion optique. Lorsque la dispersion est importante, les impulsions optiques se chevaucheront, provoquant des interférences entre symboles et augmentant le taux d'erreurs sur les bits. Par conséquent, la dispersion de la fibre optique affecte non seulement la capacité de transmission de la fibre optique, mais limite également la distance de relais du système de communication par fibre optique.
Lorsque la lumière se propage dans la fibre optique, parce que sa fréquence n'est pas une seule fréquence, le mode de travail n'est pas un mode de travail unique, donc la vitesse de propagation est légèrement différente, ce qui est appelé dispersion. Si l'onde modulée est une impulsion numérique, la largeur du signal démodulé sera étendue, ce qui provoquera une erreur de bit et limitera l'amélioration de la vitesse de transmission. Lorsque la forme d'onde de modulation est un signal analogique, le niveau après détection diminue avec l'augmentation de la fréquence du signal, ce qui montre une distorsion non linéaire et augmente la composante harmonique de l'onde fondamentale. La transmission du signal CATV dans un réseau de fibre optique provoque la détérioration des indices CSO et CTB. Ces phénomènes sont appelés caractéristiques de dispersion de la fibre optique, et les caractéristiques de dispersion de cette dernière sont également appelées caractéristiques de bande passante (ou caractéristiques de fréquence).
La dispersion de fibre montre un état de propagation du signal d'entrée dans la fibre, qui se réfère à la distorsion du signal causée par différentes composantes de fréquence ou différentes composantes de mode du signal optique se propageant à différentes vitesses. Il comprend principalement la dispersion intermodale, la dispersion chromatique et la dispersion du mode de polarisation.
Dispersion intermodale
La dispersion intermodale est une sorte de mécanisme de distorsion du signal dans les fibres multimodes et autres guides d'ondes. Dans la fibre multimode, les rayons lumineux entrant dans la fibre à différents angles d'incidence sont définis comme un trajet ou un mode. En raison du chemin de transmission différent de chaque mode, la vitesse de transmission (vitesse de groupe) est également différente, de sorte que la différence de temps de transmission du signal entre les modes vers le terminal à fibre optique se produit. En général, certains rayons lumineux passeront directement à travers le cœur (mode axial), tandis que d'autres se refléteront dans les deux sens entre les limites de la gaine / du cœur et se propageront le long du guide d'ondes en zigzag, comme indiqué dans la fibre multimode d'indice de pas dans la figure ci-dessous. Le fait est qu'une fois que la lumière est réfractée, une dispersion intermodale / une dispersion de mode se produit. Il existe une corrélation positive entre l'IMD et le chemin de transmission. C'est-à-dire que l'IMD causé par le mode d'ordre supérieur (le trajet est plus long lorsque le rayon entre à un angle plus grand) est plus élevé que celui causé par le mode d'ordre inférieur (le trajet est plus court lorsque le rayon entre à un angle plus petit). angle).
La fibre multimode peut accueillir jusqu'à 17 modes de propagation de la lumière en même temps, et sa dispersion inter-mode est beaucoup plus élevée que celle de la fibre monomode. En effet, la fibre monomode a un seul mode de propagation, c'est-à-dire que la lumière se propage le long du coeur (mode axial) sans se refléter vers la limite de la gaine, il n'y a donc pas de dispersion intermodale.
Cependant, la situation est différente si une fibre multimode à indice gradué est utilisée. Bien que la lumière se propage également dans différents modes, en raison de l'indice de réfraction irrégulier du noyau, le trajet de la lumière n'est plus une ligne droite mais une courbe et la vitesse de propagation de la lumière change également. Par conséquent, la dispersion intermodale peut être considérablement réduite en sélectionnant la distribution d'indice de réfraction appropriée.
Dispersion chromatique
La dispersion chromatique fait référence au phénomène d'élargissement de l'impulsion optique provoqué par différentes vitesses de groupe de différentes composantes de longueur d'onde dans la fibre optique, y compris la dispersion du matériau et la dispersion du guide d'ondes.
La dispersion du matériau est causée par la dépendance de la longueur d'onde de l'indice de réfraction sur le matériau du noyau, tandis que la dispersion du guide d'onde est causée par la dépendance de la constante de propagation du mode sur les paramètres de la fibre (rayon du noyau, différence d'indice de réfraction entre le noyau et la gaine) et la longueur d'onde du signal. A certaines fréquences, la dispersion du matériau et la dispersion du guide d'ondes peuvent s'annuler pour obtenir une longueur d'onde proche de la dispersion chromatique nulle.
En fait, la dispersion chromatique n'est pas toujours défavorable. La lumière se propage à différentes vitesses dans différentes longueurs d'onde ou matériaux, ce qui entraîne l'élargissement ou la compression des impulsions lumineuses dans la fibre, ce qui permet de personnaliser le profil d'indice de réfraction pour produire des fibres à des fins différentes. La fibre G. 652 en est un exemple.
Dispersion du mode de polarisation
La dispersion des modes de polarisation (PMD) reflète la dépendance de polarisation de la propagation des ondes lumineuses dans la fibre optique. Il existe deux modes de polarisation perpendiculaires l'un à l'autre dans la fibre optique proprement dite. Idéalement, les deux modes de polarisation devraient avoir les mêmes caractéristiques de propagation des ondes lumineuses, mais de manière générale, il existe de légères différences dans 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 une vitesse de transmission différente des deux modes de polarisation, entraînant un retard et une dispersion des modes de polarisation.
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 une distorsion du signal. Par exemple, l'impulsion optique de 1 nanoseconde au niveau de l'émetteur sera étendue à 10 nanosecondes au niveau du récepteur, ce qui fait que le signal ne peut pas être reçu et décodé normalement. Par conséquent, il est très important de réduire la dispersion des fibres ou de compenser la dispersion dans le DWDM et d'autres systèmes de transmission longue distance. Ce qui suit présente trois stratégies et méthodes de compensation de dispersion couramment utilisées.
Fibre de compensation de dispersion
En utilisant la technologie de fibre à compensation de dispersion (DCF), une fibre à dispersion négative peut être ajoutée à une fibre conventionnelle. Par rapport à la fibre de compensation de dispersion, la valeur de dispersion de la fibre conventionnelle est très grande et la dispersion est positive, ce qui fait que la répartition de la lumière dans ce type de fibre diminue voire 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 obtenir une communication à grande vitesse, grande capacité et longue distance. Il existe trois mécanismes de compensation dans la fibre de compensation de dispersion, y compris la pré-compensation, la post-compensation et la compensation symétrique. La fibre compensée par dispersion est largement utilisée dans la mise à niveau de la liaison par fibre à 1310 nm, ce qui la fait fonctionner à 1550 nm.
Grille de Bragg en fibre
Le réseau de Bragg à fibre (FBG) est une sorte de dispositif réfléchissant composé de fibre, qui peut moduler l'indice de réfraction du cœur sur une certaine distance. Dans le système de transmission de 100 km, l'effet de dispersion peut être considérablement réduit en utilisant ce dispositif. Lorsque le faisceau passe à travers le réseau de Bragg de fibre, la longueur d'onde satisfaisant aux conditions de modulation se reflétera, et le reste de la longueur d'onde continuera à passer à travers le réseau de Bragg de fibre le long de la fibre. L'utilisation d'un réseau de Bragg à fibre pour la compensation de dispersion présente de grands avantages, car le réseau de Bragg à fibre peut être intégré à d'autres dispositifs à fibre passive avec une faible perte d'insertion et un faible coût. En outre, le réseau de Bragg à fibre peut être utilisé non seulement comme filtre de compensation de dispersion, mais également comme capteur, stabilisateur de longueur d'onde du laser de pompe et filtre d'ajout / soustraction de multiplexage à division de longueur d'onde à bande étroite.
Compensation électronique de la dispersion
La compensation de dispersion électronique (EDC) est une méthode de compensation de dispersion dans les liaisons de communication optique en utilisant 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 réalisée par un filtre transversal, dont la sortie est la somme pondérée d'une série d'entrées à retard. Il peut ajuster automatiquement le poids du filtre en fonction des caractéristiques du signal reçu, c'est-à-dire adaptatif. La compensation de dispersion électronique peut être utilisée dans un système de fibre monomode et un système de fibre multimode. De plus, il peut être combiné avec d'autres fonctions pour IC récepteur 10 Gbit / S. Cela peut réduire considérablement le coût de l'émetteur du système à fibre monomode et augmenter la distance de transmission du système à fibre multimode avec moins de perte de coût du récepteur.
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