Dispersinya sangat indah, mengapa serat optik tidak menyukainya?

Lebih dari tiga ratus tahun yang lalu di Eropa, pada suatu sore yang cerah, Newton menyusun rencana seperti itu.

Biarkan sinar matahari menyinari prisma. Setelah menembus prisma, cahaya menyebar menjadi pita warna-warni yang terdiri dari merah, oranye, kuning, hijau, biru, dan ungu, dan diproyeksikan ke tirai ruangan. Dengan cara ini, sinar matahari yang tampak transparan berubah menjadi pita warna yang menakjubkan dengan bantuan prisma.

Setelah itu, Newton membuka celah vertikal di tengah tirai, dan menyusun prisma kedua dan tirai kedua di belakang tirai.

Saya melihatnya memutar prisma pertama dan memproyeksikan tujuh pita warna-warni merah, oranye, kuning, hijau, biru dan ungu ke celah tirai pertama, dan kemudian melalui prisma kedua ke tirai kedua. Sebuah keajaiban terjadi. Apa yang tampak pada tirai kedua adalah satu warna cahaya. Diagram skemanya adalah sebagai berikut:

Pada titik ini, sinar matahari dipisahkan menjadi beberapa warna tunggal dan disajikan pada tirai kedua. Lord Niu menggunakan prisma untuk memecahkan rahasia: cahaya dapat disebarkan! Sinar matahari sepertinya tertutup, dan ada inti berwarna-warni di bawah tampilan biasa. Inilah yang sering kita sebut dengan dispersi cahaya.

1. Bagaimana dispersi dihasilkan?

Fenomena penguraian cahaya komposit menjadi tiga warna disebut dispersi cahaya.

Dalam percobaan prisma, sinar matahari (yaitu cahaya komposit) memasuki kaca dari udara, dan kemudian memasuki udara dari kaca, di mana sinar tersebut dibiaskan dua kali. Anda harus tahu bahwa semuanya bermanfaat. Ketika terjadi pembiasan, cahaya secara alami akan memilih jalur terpendek dan bergerak maju sambil meminimalkan kehilangan energi. Dari percobaan prisma Newton di atas, kita mengetahui bahwa cahaya komposit pada dasarnya terdiri dari banyak lampu tunggal dengan warna berbeda. Lampu-lampu ini memiliki panjang gelombang yang berbeda, dan energi cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda sangatlah berbeda. Sulit untuk menyatukan pendapat, dan cahaya dengan panjang gelombang berbeda memiliki pendapat berbeda tentang cara memilih jalur setelah pembiasan. Oleh karena itu, setelah keluar dari prisma, mereka “berpisah”.

Jadi mengapa cahaya menyebar? Ternyata yang menyebabkan dispersi ini adalah panjang gelombang cahaya. Cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda memiliki indeks bias yang berbeda dalam medium dan kecepatan rambat (jalur) yang berbeda, yang pasti akan menyebabkan cahaya menyebar dan menyebar, dan terbentuklah dispersi.

Fenomena dispersi cahaya menunjukkan bahwa kecepatan rambat cahaya dalam suatu medium mempunyai hubungan yang besar dengan indeks bias. Semakin besar indeks bias maka semakin kecil kecepatan cahaya. Lihat rumus berikut:

V=C/N

C adalah kecepatan rambat cahaya dalam ruang hampa,

konstan 300,000 km/s

N adalah indeks bias medium terhadap cahaya

2. Pengaruh dispersi

Meskipun dispersi dapat membantu kita memasuki dunia yang penuh warna, namun dalam bidang komunikasi, dispersi sebenarnya tidak begitu indah.

Selama transmisi sinyal optik dalam serat optik, dispersi merupakan salah satu faktor penting penyebab kerugian.

Hal ini karena indeks bias cahaya menyebabkan dispersi, yang menyebabkan interferensi antar kode pada pulsa cahaya, sehingga memperluas ujung keluaran.

Apa itu peregangan?

Perluasan berarti bahwa cahaya dengan panjang gelombang berbeda merambat dengan kecepatan berbeda dalam medium karena indeks bias berbeda, sehingga menghasilkan peningkatan lebar spektral. Dengan kata lain, ketika seberkas cahaya ditransmisikan dalam suatu medium, beberapa gelombang cahaya memiliki indeks bias yang besar dan sangat menyimpang dari landasan.

Beberapa gelombang cahaya memiliki indeks bias yang kecil, dan meskipun bengkok, namun tetap dapat merambat ke arah yang telah ditentukan.

Disonansi gelombang cahaya menyebabkan lebar berkas cahaya ini menjadi lebih besar dari sebelum memasuki medium sehingga membentuk pelebaran.

Dalam kasus dispersi, semakin jauh jarak transmisi sinyal optik, pelebarannya akan semakin serius. Hasilnya adalah distorsi sinyal dan penurunan kinerja laju kesalahan bit, yang sangat mempengaruhi kualitas transmisi informasi.

Bagaimana cara menghindari dampak penyebaran terhadap komunikasi?

3. Bagaimana cara menghindari pengaruh penyebaran?

Setelah periode eksplorasi dan penelitian yang panjang, masyarakat telah menemukan cara untuk menggunakan kompensasi untuk menyeimbangkan hilangnya penyebaran. Di antara berbagai metode kompensasi, teknologi serat kompensasi dispersi adalah metode kompensasi dispersi yang sangat dikenal.

Salah satu metode kompensasi dispersi: kompensasi dispersi serat DCF

Dalam sistem serat optik mode tunggal biasa, panjang gelombang operasi serat optik memiliki dispersi positif yang tinggi pada 1550nm.

Ciri-ciri dispersi positif: Dengan bertambahnya panjang gelombang, indeks bias secara bertahap menurun.

Menurut gagasan kompensasi, dispersi negatif perlu ditambahkan ke serat optik ini untuk kompensasi dispersi guna memastikan bahwa total dispersi seluruh jalur serat optik kira-kira nol. Serat kompensasi dispersi (DCF) adalah jenis serat mode tunggal baru yang dirancang khusus untuk panjang gelombang 1550nm. Ini memiliki dispersi negatif yang tinggi pada 1550nm (karakteristik dispersi negatif dan dispersi positif berlawanan), dan dapat digunakan dalam kabel serat optik mode tunggal biasa. Kompensasi dispersi dilakukan dalam sistem serat optik. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, jumlah dispersi positif dan negatif yang dikompensasi mendekati nol pada 1550nm.

Berikut ini adalah rumus serat kompensasi dispersi yang diterapkan pada serat mode tunggal.

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

D( λ s) adalah koefisien dispersi serat mode tunggal pada panjang gelombang operasi λ s

Dc( λ s) adalah koefisien dispersi DCF pada panjang gelombang operasi λ s

L dan LC masing-masing adalah panjang serat mode tunggal konvensional dan D CF.

Dalam aplikasi praktis, DCF dan serat mode tunggal digunakan secara seri di saluran transmisi untuk mengkompensasi dispersi positif serat mode tunggal pada panjang gelombang optik 1550nm, sehingga dapat memperpanjang jarak relai dan mengurangi kehilangan, sehingga mewujudkan high- kecepatan, kapasitas besar, dan komunikasi jarak jauh. Seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Sebagai kompensasi dispersi, DCF memiliki keuntungan sebagai berikut:

Efek kompensasinya luar biasa dan sistem bekerja dengan stabil.

Pengoperasiannya sederhana dan serat kompensasi dapat langsung dihubungkan ke sistem transmisi untuk mewujudkan kompensasi.

Besaran kompensasi dispersi dapat dikontrol sesuai kebutuhan dan dapat diatur sesuai kebutuhan sesuai dengan besaran kompensasi aktual yang dibutuhkan oleh sistem transmisi.

Melihat:

Ketika sinyal optik bergerak lebih jauh pada saluran transmisi, kerugian lain akan terjadi, seperti redaman saluran. Untuk menghindari redaman garis, perlu mempertimbangkan penggunaan penguat serat EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) ​​yang didoping erbium.