جبران تلفات در کابل فیبر نوری
پراکندگی فیبر نوری فرایند چگونگی گسترش و پخش سیگنال ورودی هنگام انتشار یا حرکت نور در فیبر نوری را توصیف می‌کند. به طور معمول، پراکندگی در کابل فیبر نوری شامل پراکندگی مودال (حالت)، پراکندگی رنگی و پراکندگی حالت قطبش است. در این مقاله قصد داریم در زمینه پراکندگی در کابل فیبر نوری صحبت کرده و به جبران تلفات در کابل فیبر نوری بپردازیم.
جبران تلفات در کابل فیبر نوری
پراکندگی مودال یک مکانیسم اعوجاج است که در فیبرهای مالتی مود و سایر موجبرها اتفاق می‌افتد، در این وضعیت سیگنال به دلیل سرعت متفاوت انتشار در حالت‌های مختلف، در زمان پخش می‌شود. همانطور که می‌دانیم، اشعه‌های نوری که از زوایای مختلف به فیبر وارد می‌شوند، مسیرها یا حالت‌های مختلفی را در فیبر طی می‌کنند. برخی از این اشعه‌های نور، مستقیماً از وسط فیبر عبور می‌کنند (حالت محوری) در حالی که برخی دیگر از این اشعه‌ها، مرتباً به مرز روکش و هسته می‌خورند و یک مسیر زیگزاگ را در فیبر طی می‌کنند. این مسئله برای فیبر مالتی‌مود با ضریب شکست پله‌ای در شکل زیر نشان داده شده است. هر زمان که یک جهش وجود داشته باشد، پراکندگی مودال در کابل فیبر نوری (یا پراکندگی بین مود) اتفاق می‌افتد. هرچه مسیر طولانی‌تر باشد، پراکندگی در کابل‌ها نیز بیشتر خواهد بود. به عنوان مثال، در مودهای مرتبه بالا (ورود نور با زاویه‌های تیز) نسبت به حالت‌های مرتبه پایین (ورود نور با زاویه‌های کوچکتر) دارای پراکندگی بیشتری هستند.
پراکندگی رنگی در پراکندگی در کابل فیبر نوری
پراکندگی رنگی پدیده‌ای است که در آن سیگنال به مرور زمان پخش می‌شود و نتیجه آن سرعت‌های مختلف پرتوهای نور است. پراکندگی رنگی ترکیبی از اثرات پراکندگی مواد و موجبر است.
علاوه بر این، پراکندگی رنگی همیشه چیز بدی نیست. نور با سرعت‌های مختلف در طول موج یا مواد مختلف حرکت می‌کند. این سرعت‌های مختلف باعث می‌شود که پالس‌ها در حین عبور از فیبر نوری گسترش یافته و یا فشرده شوند و این امکان را فراهم می‌کند که شاخص پراکندگی را برای تولید فیبرهای مختلف تنظیم کند. به عنوان مثال، فیبرهای G.652 به این روش طراحی شده‌اند.
پراکندگی حالت قطبش
پراکندگی حالت پلاریزاسیون (PMD) نشان دهنده وابستگی قطبی ویژگی‌های انتشار امواج نور به فیبر نوری است. در الیاف نوری، در مشخصات انتشار امواج نوری با حالت‌های قطبش مختلف، تفاوت جزئی وجود دارد. هنگامی که نور به عنوان یک موج انرژی یا یک منطقه انرژی تعریف می‌شود، دارای 2 محور عمود بر هم متقابل است، یعنی نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی. لحظه انتقال انرژی درون این دو محور با سرعت‌های مختلف در فیبر، PMD رخ می‌دهد.
چگونه می توان پراکندگی فیبر نوری را جبران کرد؟
حال به بخش‌های اصلی مقاله خود می‌رسیم. یعنی بخش جبران تلفات در کابل فیبر نوری. اگرچه پراکندگی در کابل فیبر نوری باعث ضعیف شدن سیگنال نمی‌شود، اما مسیری را که سیگنال درون فیبرهای نوری طی می‌کند، کوتاه می‌کند. به عنوان مثال، یک پالس 1 نانو ثانیه در فرستنده به 10 نانو ثانیه در گیرنده گسترش می‌یابد، در نتیجه سیگنال‌ها به درستی دریافت و رمزگشایی نمی‌شوند. بنابراین، کاهش پراکندگی در فیبر نوری یا جبران تلفات در کابل فیبر نوری در انتقال فواصل طولانی مانند سیستم‌های DWDM مهم است. در اینجا، ما سه استراتژی یا روش جبران تلفات در کابل فیبر نوری را برای جبران پراکندگی معرفی خواهیم کرد.
جبران پراکندگی با DCF
در روش DCF (فیبر جبران کننده پراکندگی)، می‌توان از فیبر دارای پراکندگی منفی زیاد در کنار یک فیبر معمولی استفاده کرد. تعداد نور توزیع شده توسط یک فیبر سنتی با استفاده از یک فیبر جبران کننده پراکندگی که دارای پراکندگی مخالف بسیار زیادی در مقایسه با فیبر معمولی است، کاهش می‌یابد یا شاید از بین برود. 3 طرح کلی (فیبر پیش، پست یا متقارن) برای جبران تلفات در کابل فیبر نوری وجود دارد که در شکل زیر می‌بینید. از الیاف جبران کننده پراکندگی برای به روزرسانی پیوندهای فیبر نوری بهینه شده 1310 نانومتری جهت بهره برداری در 1550 نانومتر به طور گسترده استفاده می‌شود.
فیبر توری براگ (FBG) دستگاه بازتابنده‌ای متشکل از یک فیبر نوری است که حاوی تعدیل ضریب شکست کور آن در طول مشخص است. با استفاده از FBGها، می‌توان اثرات پراکندگی را در سیستم‌های انتقال طولانی مانند 100 کیلومتر به طرز چشمگیری کاهش داد. فیبر گریتینگ یا توری، انتشار کم‌وزن را از طریق فیبر نوری که طول موج آن با نظم تعدیل شده‌ای مطابقت دارد منعکس می‌کند. استفاده از FBG برای جبران تلفات در کابل فیبر نوری، ممکن است یک روش امیدوار کننده باشد زیرا FBG ها المان های پسیوی هستند که با بقیه فیبرها سازگار هستند و دارای تلفات و قیمت پایین هستند. FBG ها نه تنها می‌توانند به عنوان فیلتر برای جبران پراکندگی استفاده شوند، بلکه می‌توانند به عنوان سنسورها، تثبیت کننده‌های طول موج برای لیزرهای پمپ، در باند باریک WDM فیلترهای قطره‌ای استفاده شوند.
جبران پراکندگی با EDC
جبران تلفات الکترونیکی در کابل فیبر نوری (EDC) روشی است که با استفاده از فیلتر الکترونیکی پراکندگی در یک پیوند ارتباطات نوری را جبران می‌کند. فیلتر می‌تواند در یک کانال ارتباطی گنجانده شود تا تخریب سیگنال ناشی از محیط را جبران کند. EDC معمولاً با یک فیلتر عرضی پیاده سازی می‌شود که خروجی آن مجموع وزنی تعدادی از ورودی‌های با تأخیر زمان است. راه‌حل EDC توانایی تنظیم خودکار وزن فیلترها را با توجه به ویژگی‌های سیگنال دریافت شده دارد که به سازگاری معروف است. EDC می‌تواند هم در سیستم‌های فیبر سینگل مود و هم در سیستم های مالتی مود استفاده شود. علاوه بر این، می‌توان آن را با توابع دیگر در ICهای گیرنده 10 گیگابیت بر ثانیه ترکیب کرد. این موضوع می‌تواند به میزان قابل توجهی هزینه فرستنده را برای سیستم‌های فیبر سینگل مود کاهش دهد یا فاصله انتقال را برای سیستم‌های مالتی مود (البته با اضافه کردن مقدار کمی هزینه در گیرنده) کاهش دهد.
استراتژی پراکندگی در کابل فیبر نوری
اگرچه پراکندگی فیبر نوری ، سیگنال‌ها را پخش و تحریف می‌کند، اما همیشه هم برای انتقال سیگنال‌های مخابراتی در پیوندهای فیبر نوری بد نیست. در حقیقت، بهتر است هنگام استفاده از مالتی پلکسینگ تقسیم طول موج، مقداری پراکندگی وجود داشته باشد زیرا می‌تواند اثرات غیرخطی را کاهش دهد.
