La dispersion est si belle, pourquoi les fibres optiques ne l'aiment-elles pas ?

Il y a plus de trois cents ans, en Europe, par un après-midi ensoleillé, Newton a élaboré un tel plan.

Laissez la lumière du soleil briller sur le prisme. Après avoir pénétré le prisme, la lumière se propage en rubans colorés composés de rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet, et est projetée sur un rideau de la pièce. De cette façon, la lumière du soleil apparemment transparente se transforme en bandes de couleurs incroyables à l'aide du prisme.

Après cela, Newton a ouvert une fissure verticale au milieu du rideau et a disposé un deuxième prisme et un deuxième rideau derrière le rideau.

Je l'ai vu tourner le premier prisme et projeter sept rubans colorés de rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet sur les fissures du premier rideau, puis à travers le deuxième prisme sur le deuxième rideau. Un miracle s'est produit. Ce qui apparaissait sur le deuxième rideau était une lumière d’une seule couleur. Le diagramme schématique est le suivant :

À ce stade, la lumière du soleil est séparée en plusieurs couleurs uniques et présentée sur le deuxième rideau. Lord Niu utilise un prisme pour percer le secret : la lumière peut être dispersée ! La lumière du soleil semble être scellée et il y a un noyau coloré sous l'apparence ordinaire. C'est ce que l'on appelle souvent la dispersion de la lumière.

1. Comment se produit la dispersion ?

Le phénomène de décomposition de la lumière composite en trois couleurs est appelé dispersion de la lumière.

Dans l'expérience du prisme, la lumière solaire (c'est-à-dire la lumière composite) pénètre dans le verre depuis l'air, puis pénètre dans l'air depuis le verre, où elle est réfractée deux fois. Il faut savoir que tout est bénéfique. Lorsque la réfraction se produit, la lumière choisit naturellement le chemin le plus court et avance tout en minimisant la perte d’énergie. Grâce à l'expérience du prisme de Newton ci-dessus, nous savons que la lumière composite est essentiellement composée de nombreuses lumières simples de couleurs différentes. Ces lumières ont des longueurs d’onde différentes et l’énergie de la lumière de différentes longueurs d’onde est très différente. Il est difficile de concilier les opinions, et la lumière de différentes longueurs d'onde a des opinions différentes sur la façon de choisir le chemin après réfraction. Par conséquent, après être sortis du prisme, leurs chemins se sont « séparés ».

Alors, pourquoi la lumière se disperse-t-elle ? Il s’avère que la cause de cette dispersion est la longueur d’onde de la lumière. La lumière de différentes longueurs d'onde a différents indices de réfraction dans le milieu et différentes vitesses de propagation (chemins), ce qui entraînera inévitablement la propagation et la propagation de la ou des lumière(s), et une dispersion se forme.

Le phénomène de dispersion de la lumière montre que la vitesse de propagation de la lumière dans le milieu est étroitement liée à l'indice de réfraction. Plus l'indice de réfraction est élevé, plus la vitesse de la lumière est faible. Voir la formule suivante :

V=C/N

C est la vitesse de propagation de la lumière dans le vide,

constante 300,000 km/s

N est l'indice de réfraction du milieu à la lumière

2. L'effet de la dispersion

Même si la dispersion peut nous aider à entrer dans un monde coloré, dans le domaine des communications, la dispersion n’est vraiment pas si belle.

Lors de la transmission de signaux optiques dans des fibres optiques, la dispersion est l'un des facteurs importants provoquant des pertes.

En effet, l'indice de réfraction de la lumière provoque une dispersion, ce qui provoque une interférence entre codes dans l'impulsion lumineuse, élargissant ainsi l'extrémité de sortie.

Qu’est-ce que l’étirement ?

L'élargissement signifie que la lumière de différentes longueurs d'onde se propage à des vitesses différentes dans le milieu en raison de différents indices de réfraction, ce qui entraîne une augmentation de la largeur spectrale. En d’autres termes, lorsqu’un faisceau lumineux est transmis dans un milieu, certaines ondes lumineuses ont un indice de réfraction élevé et s’écartent sérieusement de la piste.

Certaines ondes lumineuses ont un faible indice de réfraction et, même si elles sont courbes, elles peuvent toujours se propager dans une direction prédéterminée.

La dissonance des ondes lumineuses fait que la largeur de ce faisceau lumineux est plus grande qu'avant d'entrer dans le milieu, formant ainsi un élargissement.

En cas de dispersion, plus la distance de transmission du signal optique est longue, plus l'élargissement sera important. Il en résulte une distorsion du signal et une détérioration des performances du taux d'erreur sur les bits, ce qui affecte sérieusement la qualité de la transmission des informations.

Comment éviter l’impact de la dispersion sur la communication ?

3. Comment éviter l’influence de la dispersion ?

Après une longue période d'exploration et de recherche, les gens ont trouvé un moyen d'utiliser la compensation pour compenser la perte de dispersion. Parmi les diverses méthodes de compensation, la technologie des fibres de compensation de dispersion est une méthode de compensation de dispersion hautement reconnue.

Une des méthodes de compensation de dispersion : fibre de compensation de dispersion DCF

Dans les systèmes à fibre optique monomode ordinaires, la longueur d'onde de fonctionnement de la fibre optique présente une dispersion positive élevée à 1 550 nm.

Caractéristiques de la dispersion positive : À mesure que la longueur d'onde augmente, l'indice de réfraction diminue progressivement.

Selon l'idée de compensation, une dispersion négative doit être ajoutée à ces fibres optiques pour compenser la dispersion afin de garantir que la dispersion totale de l'ensemble de la ligne de fibre optique est approximativement nulle. La fibre à compensation de dispersion (DCF) est un nouveau type de fibre monomode principalement conçue pour la longueur d'onde de 1 550 nm. Il a une dispersion négative élevée à 1550 nm (les caractéristiques de dispersion négative et de dispersion positive sont opposées) et peut être utilisé dans les câbles à fibres optiques monomodes ordinaires. La compensation de dispersion est effectuée dans le système à fibre optique. Comme le montre la figure ci-dessous, la somme des dispersions positives et négatives compensées s'approche de zéro à 1 550 nm.

Voici la formule de la fibre à compensation de dispersion appliquée à la fibre monomode.

D(As)L+Dc(As)Lc=0

D( λ s) est le coefficient de dispersion de la fibre monomode à la longueur d'onde de fonctionnement λ s

Dc( λ s) est le coefficient de dispersion du DCF à la longueur d'onde de fonctionnement λ s

L et LC sont respectivement les longueurs de la fibre monomode conventionnelle et D CF.

Dans les applications pratiques, le DCF et la fibre monomode sont utilisés en série dans la ligne de transmission pour compenser la dispersion positive de la fibre monomode à une longueur d'onde optique de 1 550 nm, de manière à étendre la distance du relais et à réduire les pertes, afin d'obtenir des performances élevées. vitesse, grande capacité et communication longue distance. Comme indiqué ci-dessous:

En tant que compensation de dispersion, le DCF présente les avantages suivants :

L'effet de compensation est remarquable et le système fonctionne de manière stable.

L'opération est simple et la fibre de compensation peut être directement connectée au système de transmission pour réaliser une compensation.

Le montant de compensation de dispersion est contrôlable selon les besoins et peut être ajusté selon les besoins en fonction du montant de compensation réel requis par le système de transmission.

Avis:

À mesure que le signal optique se déplace plus loin sur la ligne de transmission, d'autres pertes se produiront, telles qu'une atténuation de ligne. Afin d'éviter l'atténuation de la ligne, il est nécessaire d'envisager l'utilisation d'un amplificateur à fibre dopée à l'erbium EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier).