Dispersie van optische vezels: soorten, oorzaken en hoe te compenseren

Optische vezeldispersie is de verbreding van lichtpulsen terwijl ze door een vezel reizen, veroorzaakt doordat verschillende signaalcomponenten op enigszins verschillende tijdstippen bij de ontvanger aankomen. Bij glasvezelcommunicatie vermindert deze verbreding de signaalhelderheid, beperkt het de afstand die gegevens kunnen afleggen en maakt het het voor ontvangers moeilijker om het ene bit van het andere te onderscheiden.

Maar het begrijpen van dispersie gaat niet alleen over natuurkunde. De echte technische vraag is: wanneer wordt spreiding een probleem dat je daadwerkelijk moet oplossen? Het antwoord hangt af van het vezeltype, de verbindingslengte, de datasnelheid, de operationele golflengte en het modulatieformaat dat uw systeem gebruikt. Voor een multimode-verbinding van 100 meter in een datacenter is wellicht nooit spreidingsbeheer nodig. Een 200 kmsingle-mode glasvezellink met 100G-verkeer zal dat vrijwel zeker zijn.

Wat is optische vezeldispersie?

Optische vezeldispersie verwijst naar de manier waarop een uitgezonden puls zich verspreidt terwijl deze zich door de vezelkern voortplant. De spreiding vindt plaats omdat de verschillende componenten van het optische signaal -, of het nu verschillende golflengten, verschillende ruimtelijke modi of verschillende polarisatietoestanden zijn -, niet allemaal met precies dezelfde snelheid reizen.

Dit is van belang omdat digitale optische communicatie afhankelijk is van schone, goed-gescheiden pulsen. Wanneer pulsen voldoende breed worden om te overlappen met hun buren, kan de ontvanger individuele bits niet langer betrouwbaar onderscheiden. Dit fenomeen, dat inter-symboolinterferentie (ISI) wordt genoemd, verlaagt de bitfoutfrequentie (BER) en verkleint de bruikbare transmissieafstand. Volgens deITU-T G.652-aanbeveling, die standaard single{0}}vezelparameters definieert, is accommodatie voor chromatische dispersie een sleutelfactor in het systeemontwerp voor toepassingen met hoge-bit--snelheden.

Dispersie versus verzwakking: een cruciaal onderscheid

Een van de meest voorkomende fouten bij het evalueren van glasvezelverbindingen is het verwarren van spreiding metverzwakking. Het zijn fundamenteel verschillende stoornissen:

Verzwakkingvermindert het optische vermogen. Het is een verlies aan signaalsterkte over afstand, gemeten in dB/km.Dispersievervormt de signaaltiming. Een verspreid signaal kan nog steeds voldoende kracht hebben om te worden gedetecteerd, maar de pulsen ervan worden in de tijd uitgesmeerd, waardoor de informatie onleesbaar wordt.

Een glasvezelverbinding kan met een comfortabele marge een optisch energiebudget overschrijden en toch falen vanwege overmatige pulsverbreding. Daarom beoordelen ervaren ingenieurs bij het ontwerpen van een verbinding zowel het energiebudget als het spreidingsbudget. Begripinvoegverlies en retourverliesis belangrijk, maar het bestrijkt alleen de machtskant van de vergelijking.

Wat veroorzaakt dispersie in optische vezels?

Dispersie ontstaat wanneer verschillende componenten van het optische signaal verschillende voortplantingsvertragingen ervaren. Het specifieke mechanisme hangt af van het vezelontwerp en de signaalkarakteristieken, maar de hoofdoorzaken vallen in drie categorieën:

Padverschillen tussen modi.Bij multimode glasvezel reist licht langs meerdere ruimtelijke paden (modi) door de kern. Elke modus volgt een iets ander traject, wat betekent dat ze op verschillende tijdstippen bij de ontvanger aankomen. Dit is het dominante verspreidingsmechanismemultimode glasvezelsystemen.

Golflengte-afhankelijke snelheid.Zelfs een laserbron met smalle-lijnbreedte zendt licht uit over een klein golflengtebereik. Omdat de brekingsindex van glas varieert met de golflengte - een eigenschap die wordt beschreven door de Sellmeier-vergelijking - verplaatsen verschillende spectrale componenten zich met verschillende snelheden. Dit is het primaire verspreidingsmechanisme in single--vezels bij de meeste bedrijfsgolflengten.

Polarisatie-afhankelijke vertraging.Echte optische vezels zijn nooit perfect symmetrisch. Spannings-, buig- en productie-imperfecties veroorzaken dubbele breking, wat betekent dat de twee orthogonale polarisatietoestanden van het geleide licht enigszins verschillende voortplantingsconstanten ervaren en op verschillende tijdstippen aankomen.

Belangrijkste soorten optische vezeldispersie

Modale spreiding (intermodale spreiding)

Modale dispersie treedt op wanneer meerdere geleide modi in een multimode vezel zich voortplanten met verschillende groepssnelheden. Bij stap-index multimode glasvezel kan het verschil in padlengte tussen de laagste--ordemodus (die dichtbij de as reist) en de hoogste--ordemodus (die onder steile hoeken van de bekledingsgrens stuitert) aanzienlijk zijn. Voor een vezel met stap{5}}index met een kernbrekingsindex van 1,48 en een numerieke apertuur van 0,3 kan de intermodale vertraging groter zijn dan 50 ns/km.

Graded-index multimode glasvezel is speciaal ontwikkeld om dit probleem te verminderen. Door het brekingsindexprofiel zo vorm te geven dat modi van hogere{2}}orde sneller in de buurt van de bekleding bewegen, verminderen gegradeerde-indexontwerpen de modale spreiding met één tot twee ordes van grootte. Dit is de reden waarom moderne datacenterkoppelingen overweldigend worden gebruiktOM3-, OM4- of OM5-gegradeerde-index multimode glasvezelin plaats van stapsgewijze-indexontwerpen.

Modale spreiding wordt in essentie geëlimineerd bij single{0}}mode-vezels, die alleen de fundamentele LP01-modus ondersteunen. Dat is de voornaamste reden waarom single-glasvezel wordt gebruikt voor transmissie over langere- afstanden en hogere- snelheden.

Chromatische spreiding

Chromatische dispersie is doorgaans het belangrijkste dispersietype in single- glasvezelsystemen. Het is het gecombineerde resultaat van twee fysieke mechanismen:

Materiaalverspreidingontstaat omdat de brekingsindex van silicaglas verandert met de golflengte. Deze relatie is goed gekarakteriseerd en betekent dat kortere golflengten in het algemeen langzamer reizen dan langere golflengten in het normale dispersieregime (onder de nul-dispersiegolflengte), en het tegenovergestelde in het afwijkende regime.

Golfgeleiderdispersieontstaat omdat de geometrie van de vezel beïnvloedt hoe licht wordt opgesloten. De fractie van het optische vermogen dat zich in de kern verplaatst ten opzichte van de bekleding hangt af van de golflengte, wat een extra golflengte-afhankelijk voortplantingseffect introduceert. Ingenieurs kunnen de verspreiding van golfgeleiders vormgeven door middel van vezelontwerp - dit is hoedispersie-verschoven en niet-nuldispersie-verschoven vezelshun gewijzigde dispersiekarakteristieken bereiken.

Voor standaard single{0}}mode glasvezel (ITU-T G.652) ligt de nul-dispersiegolflengte in de buurt van 1310 nm. Bij het algemeen gebruikte transmissievenster van 1550 nm bedraagt ​​de chromatische dispersiecoëfficiënt ongeveer +17 ps/(nm·km), zoals gedocumenteerd in deCorning SMF-28 vezelspecificatie. Over een verbinding van 100 km kan dat oplopen tot grofweg 1700 ps/nm - genoeg om een ​​signaal van 10 Gbps ernstig te vervormen als het niet wordt gecompenseerd.

Polarisatiemodusspreiding (PMD)

De spreiding van de polarisatiemodus is het resultaat van de differentiële groepsvertraging (DGD) tussen de twee orthogonale polarisatietoestanden van de fundamentele modus. In tegenstelling tot chromatische dispersie, die deterministisch en stabiel is, is PMD stochastisch - het varieert met de tijd, temperatuur en mechanische spanning op de vezel.

PMD wordt statistisch gespecificeerd. Voor moderne vezels die voldoen aan ITU-T G.652.D ligt de PMD-verbindingsontwerpwaarde doorgaans onder 0,1 ps/√km. Dit lijkt misschien klein, maar bij 40 Gbps en hoger, waar bitperioden krimpen tot 25 ps of minder, wordt zelfs een bescheiden PMD-accumulatie relevant. Volgens industriële ontwerprichtlijnen bedraagt ​​de maximaal toelaatbare DGD doorgaans ongeveer 10% van de bitperiode.

Voor systemen die over gematigde afstanden op 10 Gbps draaien, is PMD bij moderne glasvezel zelden een beperkende factor. Bij 40 Gbps en 100 Gbps wordt PMD-bewust ontwerp - inclusief vezelselectie, route-engineering en ontvanger-zijde egalisatie - onderdeel van de standaardpraktijk.

Verspreidingstypen in één oogopslag vergelijken

Welke glasvezelverbindingen worden het meest beïnvloed door spreiding?

Multimode glasvezelverbindingen: modale spreiding domineert

Inmultimode glasvezelsystemen - die doorgaans worden gebruikt voor korte- toepassingen in datacenters, zakelijke LAN's en backbones van gebouwen. - Modale spreiding is de belangrijkste bandbreedtebeperker. De modale bandbreedte van de glasvezel, uitgedrukt in MHz·km, bepaalt hoe ver en hoe snel u kunt zenden voordat pulsoverlapping onaanvaardbaar wordt.

OM3-glasvezel heeft bijvoorbeeld een effectieve modale bandbreedte van 2000 MHz·km bij 850 nm met laser-geoptimaliseerde lancering, en ondersteunt 10 Gbps tot ongeveer 300 meter. OM4 breidt dat uit tot ongeveer 400 meter. Chromatische dispersie bestaat ook in multimode glasvezel, maar modale effecten vormen bijna altijd de bindingsbeperking op deze afstanden.

Vezelverbindingen met enkele-modus: chromatische dispersie en PMD

Zodra modale dispersie is geëlimineerd door gebruik te maken van single{0}}mode-vezels, wordt chromatische dispersie het volgende probleem. Op korte single{2}}-verbindingen (een paar kilometer) ligt de geaccumuleerde chromatische spreiding doorgaans binnen de systeemtolerantie voor 10G en lager. Naarmate de afstand toeneemt tot tientallen of honderden kilometers, vooral bij datasnelheden van 10 Gbps en hoger, wordt spreidingsbeheer noodzakelijk.

Op lange- afstanden enoptisch transportnetwerk (OTN)systemen, chromatische dispersieverbindingen over elke kilometer. Een verbinding van 400 km op G.652-vezel bij 1550 nm accumuleert ongeveer 6.800 ps/nm aan chromatische dispersie. Zonder compensatie zou dat spreidingsniveau zelfs een signaal van 2,5 Gbps onherstelbaar maken.

PMD wordt vooral een relevante factor bij 40 Gbps en hoger, of bij oudere glasvezelinstallaties waar de PMD-coëfficiënt hoger kan zijn dan 0,5 ps/√km. Moderne vezels hebben veel strengere PMD-specificaties, en coherente ontvangers met DSP kunnen aanzienlijk meer PMD verdragen dan traditionele directe- detectiesystemen.

DWDM-systemen: alle stoornissen

Bij dichte golflengte-divisiemultiplexing (DWDM) systemen met 40, 80 of meer kanalen over de C--band, is spreidingsbeheer niet optioneel. Elk kanaal bevindt zich op een andere golflengte en accumuleert een iets andere hoeveelheid chromatische dispersie vanwege de dispersiehelling. Dit betekent dat er mogelijk compensatie per-kanaal nodig is, en niet slechts een enkele bulkcorrectie voor de hele band.

Bovendien zorgt de interactie tussen chromatische dispersie en niet-lineariteiten van vezels (zelf-fasemodulatie, kruis-fasemodulatie, vier-golfmenging) in DWDM-systemen voor een complexer optimalisatieprobleem. Systeemontwerpers handhaven vaak opzettelijk een kleine resterende spreiding per overspanning om niet-lineaire overspraak te onderdrukken -. Daarom is "nul-dispersie overal" eigenlijk niet het ontwerpdoel.

Methoden voor compensatie van optische vezeldispersie

Vezelselectie en golflengteplanning

De meest fundamentele manier om spreiding te beheersen, is door de juiste keuzes te maken voordat er compenserende hardware wordt toegevoegd. Dit omvat het selecteren van het juiste vezeltype en de juiste golflengte voor de toepassing.

Voor nieuwe implementaties blijft standaard G.652.D single{1}} glasvezel de meest gebruikelijke keuze voor metro- en langeafstandsnetwerken-. Voor onderzeese of landverbindingen op ultra-lange- afstanden kan G.654.E glasvezel met laag- verlies worden gespecificeerd. In oudere netwerken waar G.653-dispersie-verschoven glasvezel was geïnstalleerd, was de bijna-nul-dispersie bij 1550 nm een ​​voordeel voor systemen met één-kanaal, maar werd deze een probleem voor DWDM vanwege de verbeterde vier-golfmenging- die het belang van het behouden van enige resterende spreiding versterkte.

Golflengteplanning is ook van belang. Als u in de buurt van de nul--dispersiegolflengte werkt, wordt de chromatische dispersie geminimaliseerd, maar kunnen de niet-lineaire effecten toenemen. Door verder te werken vanaf nul-dispersie is niet-lineaire onderdrukking mogelijk, maar is compensatie vereist. Er is niet één enkele "beste" golflengte - de juiste keuze hangt af van de systeemarchitectuur.

Dispersiecompenserende glasvezel (DCF) en dispersiecompenserende modules (DCM)

Dispersiecompenserende vezel is een speciale vezel die is ontworpen om een ​​grote negatieve chromatische dispersiecoëfficiënt te hebben, doorgaans in het bereik van −80 tot −120 ps/(nm·km) bij 1550 nm. Door een berekende lengte DCF in de verbinding te plaatsen, kan de geaccumuleerde positieve spreiding van de transmissievezel worden gecompenseerd. In verpakte vorm wordt dit een dispersiecompensatiemodule (DCM) genoemd.

Als praktische referentie: ter compensatie van 80 km standaard G.652-vezel (die ruwweg +1,360 ps/nm dispersie accumuleert bij 1550 nm), is ongeveer 14 km DCF met een dispersiecoëfficiënt van −95 ps/(nm·km) vereist, zoals vermeld in deScienceDirect-encyclopedieartikel over DCF.

DCF is effectief en goed-bewezen, maar brengt afwegingen met zich mee.- De extra glasvezel zorgt voor invoegverlies (doorgaans 0,5-0,7 dB/km voor DCF, versus 0,2 dB/km voor transmissievezel), waarvoor mogelijk extra versterking nodig is en de optische signaal-tot-ruisverhouding verslechtert. DCF heeft ook een kleiner effectief oppervlak dan standaardvezels, waardoor het gevoeliger is voor niet-lineaire effecten. Deze afwegingen worden geëvalueerd met behulp van het 'figure of merit' (FOM), gedefinieerd als de verhouding tussen de spreidingscoëfficiënt en de verzwakking.

Chirped Fiber Bragg-roosters (FBG)

Een Bragg-rooster met getjilpte vezels compenseert de spreiding door verschillende golflengten vanuit verschillende posities langs het rooster te reflecteren, waardoor een golflengte-afhankelijke vertraging ontstaat. Kortere golflengten kunnen worden gereflecteerd nabij de voorkant van het rooster, terwijl langere golflengten dieper reizen voordat ze worden gereflecteerd, of omgekeerd. Het resultaat is een regelbare groepsvertraging die chromatische spreiding kan compenseren.

Vergeleken met DCF zijn op FBG-gebaseerde compensatoren compact, hebben ze een lager invoegverlies en introduceren ze een verwaarloosbare niet-lineaire vervorming, zoals beschreven in deRP Photonics-encyclopedie over dispersiecompensatie. Ze kunnen echter last hebben van groepsvertragingsrimpel - kleine periodieke variaties in de vertragingskarakteristiek - die signaalvervorming kunnen veroorzaken. Moderne productieprocessen hebben dit probleem grotendeels verminderd, maar het blijft een ontwerpoverweging voor hoogwaardige systemen.

Elektronische dispersiecompensatie (EDC) en digitale signaalverwerking (DSP)

Niet alle dispersiecompensatie vindt plaats in het optische domein. Elektronische dispersiecompensatie en digitale signaalverwerking bij de ontvanger kunnen veel van de vervormingen die door vezeldispersie worden veroorzaakt, compenseren.

In moderne coherente optische systemen - 100G, 200G, 400G en verder is - DSP-gebaseerde compensatie een fundamenteel onderdeel van de ontvangerarchitectuur. Coherente ontvangers herstellen zowel de amplitude als de fase van het optische signaal, waardoor de DSP-engine voldoende informatie krijgt om chromatische dispersie, PMD en andere lineaire beperkingen digitaal om te keren. Dit is een reden waarom coherente 100G-systemen vaak over duizenden kilometers G.652-glasvezel kunnen werken zonder enige inline optische dispersiecompensatiemodules.

Voor directe-detectiesystemen bij 10G kan elektronische egalisatie (feed-voorwaartse egalisatie, schatting van de maximale-waarschijnlijkheidsreeks) het spreidings-beperkte bereik vergroten, maar met bescheidener verbeteringen dan coherente DSP. Bij het upgraden van oudere links kan de keuze tussen het toevoegen van optische compensatie (DCM) en het upgraden naar eencoherente zenderontvangermet ingebouwde-in DSP is afhankelijk van de kosten, de verwachte verkeersgroei en de bestaande versterkerinfrastructuur.

Waarom ‘zero-dispersie’ niet altijd het doel is

Ingenieurs die nieuw zijn op het gebied van glasvezel gaan er soms van uit dat de ideale verbinding overal een netto spreiding van nul zou hebben. In de praktijk is dat vaak niet het beste ontwerpdoel. Er zijn twee redenen:

Ten eerste versterkt het werken in WDM-systemen bepaalde niet-lineaire beperkingen - in het bijzonder het mengen van vier- golven -, die overspraak tussen kanalen kunnen veroorzaken. Het handhaven van een gematigd niveau van lokale spreiding in elke overspanning onderdrukt feitelijk deze effecten. De totale opgebouwde spreiding wordt vervolgens gecompenseerd aan het einde van de link of op periodieke compensatiesites.

Ten tweede kan het overcorrigeren van de spreiding zijn eigen problemen met zich meebrengen. Als de compensatie niet precies overeenkomt met de werkelijke geaccumuleerde spreiding (rekening houdend met temperatuurvariaties, vezelveroudering en golflengte-afhankelijke dispersiehelling), kan de resterende mismatch de prestaties verslechteren. Dit is de reden waarom de industrie de term 'spreidingsbeheer' gebruikt in plaats van 'spreidingseliminatie'. Het doel is om de nettospreiding binnen een acceptabel venster te houden, en niet om deze op elk punt precies nul te maken.

Hoe u kunt beslissen of uw link spreidingscompensatie nodig heeft

In plaats van spreidingscompensatie als een standaardvereiste te beschouwen, kunt u deze diagnostische vragen beantwoorden:

Wat is uw vezeltype?Als u gebruiktmultimode glasvezel, is modale spreiding uw voornaamste zorg, en u pakt dit aan door middel van vezelkwaliteitselectie en lanceringsomstandigheden - en niet via DCM's of FBG's. Als u single-glasvezel gebruikt, gaat u verder met de volgende vraag.

Wat is de verbindingsafstand en datasnelheid?Als ruwe richtlijn wordt chromatische dispersie significant voor 10 Gbps NRZ-signalen op ongeveer 60-80 km op G.652-vezel bij 1550 nm. Bij 2,5 Gbps reikt de tolerantie tot enkele honderden kilometers. Bij 40 Gbps daalt de verspreidingslimiet zonder compensatie tot ongeveer 4 à 6 km. Modulatieformaten van hogere-orde (gebruikt in 100G+ coherente systemen) hebben hun eigen dispersietolerantiekarakteristieken.

Is dit een oude link of een nieuwe build?Bij oudere vezelfabrieken is het toevoegen van DCM's op versterkerlocaties een gebruikelijke en beproefde aanpak. Voor nieuwe implementaties kan het kiezen van het juiste vezeltype en de planning voor coherente transceivers met DSP kosteneffectiever zijn- dan vanaf het begin optische compensatie in te bouwen.

Welke ontvangsttechnologie gebruikt u?Een coherente ontvanger met DSP kan tienduizenden ps/nm chromatische spreiding digitaal compenseren. Een ontvanger voor directe-detectie heeft een veel lagere tolerantie. Dezendontvangermodulespecificatie is een belangrijke input voor de berekening van het spreidingsbudget.

Is PMD een factor?Controleer de PMD-karakterisering van uw vezelfabriek. Op moderne G.652.D-glasvezel is het onwaarschijnlijk dat PMD een probleem zal zijn onder de 40 Gbps. Op oudere glasvezel met onbekende PMD-geschiedenis is testen vóór implementatie raadzaam.

Praktische scenario's: verspreidingskennis toepassen op echte links

Scenario 1: Multimode-link voor ondernemingsdatacenters

Een campusdatacenter dat twee gebouwen op 150 meter afstand van elkaar verbindt met behulp van OM4 multimode glasvezel op 10 Gbps (850 nm). Op deze afstand ligt de modale bandbreedte ruim binnen de OM4-specificatie (4700 MHz·km effectieve modale bandbreedte). Chromatische dispersie bij 850 nm is aanwezig, maar bij deze lengte verwaarloosbaar. Er is geen specifieke spreidingscompensatie nodig. De belangrijkste ontwerpoverweging is het garanderen van een goede uitvoeringkabel installatiekwaliteit en connectorzuiverheid te behoudeninvoegverliesbinnen budget.

Scenario 2: Metro Single--modusverbinding met 10 Gbps

Een grootstedelijke netwerkexploitant die 10G DWDM gebruikt over 120 km G.652.D-glasvezel op 1550 nm. De geaccumuleerde chromatische dispersie bedraagt ​​ongeveer 2.040 ps/nm. Dit overschrijdt het typische tolerantievenster voor een 10G NRZ-ontvanger met directe- detectie (ongeveer 1.000–1.200 ps/nm). De operator zet een DCM in op de midden-versterkerlocatie om de netto spreiding binnen de toleranties te brengen. PMD op deze moderne glasvezel ligt ruim onder de 0,1 ps/√km en vereist geen aparte behandeling bij 10 Gbps.

Scenario 3: Coherent 100G-transport over lange afstanden

Een langeafstandsverbinding van 800 km met behulp van G.652.D-glasvezel met EDFA-versterking elke 80 km, met 100G DP-QPSK-verkeer. De totale geaccumuleerde chromatische dispersie overschrijdt 13.000 ps/nm. De DSP van de coherente ontvanger compenseert de chromatische spreiding echter digitaal, waardoor inline DCM's overbodig zijn. Het ontwerp van de versterkerlocatie richt zich op het beheer van ruiscijfers en OSNR-optimalisatie in plaats van op optische dispersiecompensatie. De PMD-tolerantie van de coherente ontvanger is doorgaans 20-30 ps DGD, wat ruim boven is wat deze vezelfabriek produceert. Het nettoresultaat is een eenvoudigere en goedkopere versterkerketen-vergeleken met een bestaand 10G direct-detectiesysteem via dezelfde route.

Veel voorkomende fouten bij het evalueren van de vezelverspreiding

Verwarrende spreiding met verzwakking.Zoals hierboven besproken zijn dit verschillende stoornissen. Een verbinding die het budget voor optisch vermogen overschrijdt, kan nog steeds uitvallen door overmatige verspreiding. Bereken altijd beide budgetten.

Behandelen van alle dispersietypes als uitwisselbaar.Modale spreiding in multimode glasvezel, chromatische spreiding in single{0}}mode glasvezel en PMD worden veroorzaakt door verschillende mechanismen, beïnvloeden verschillende systeemtypen en vereisen verschillende mitigatiestrategieën. Het gebruik van een DCM op een multimode-verbinding, of het proberen modale bandbreedteproblemen op te lossen met een coherente ontvanger, zou een verkeerde toepassing van de technologie zijn.

Ervan uitgaande dat er altijd compensatie nodig is.Veelglasvezel patchsnoerverbindingen en links met een kort-bereik werken ruim binnen hun verspreidingstolerantie. Het toevoegen van onnodige compensatiehardware verhoogt de kosten, het invoegverlies en de systeemcomplexiteit. Ga altijd uit van het linkbudget, niet van een standaardaanname.

Het negeren van de dispersiehelling.In DWDM-systemen varieert de chromatische dispersiecoëfficiënt over de golflengteband. Een DCM die het middenkanaal perfect compenseert, kan randkanalen met een aanzienlijke restspreiding achterlaten. Voor breedbandsystemen kunnen hellingsafhankelijke compensatiemodules of per- kanaal afstembare compensatoren nodig zijn.

Met uitzicht op vezelfabriekgegevens.Nauwkeurige kennis van het geïnstalleerde vezeltype, de lengte en de gemeten spreiding is essentieel voor het ontwerpen van compensatie. Het aannemen van generieke waarden wanneer daadwerkelijke installatiegegevens beschikbaar zijn, is een veelvoorkomende bron van verspilling van ontwerpmarges of, erger nog, van onder-compensatie.

Veelgestelde vragen

Wat is optische vezeldispersie in eenvoudige bewoordingen?

Het is de verspreiding van lichtpulsen terwijl ze door glasvezel reizen, veroorzaakt doordat verschillende delen van het signaal op verschillende tijdstippen arriveren. Het resultaat zijn wazige pulsen die het vermogen van de ontvanger om de verzonden gegevens te herstellen verminderen.

Wat zijn de belangrijkste soorten optische vezeldispersie?

De drie hoofdcategorieën zijn modale spreiding (dominant bij multimode glasvezel), chromatische dispersie (dominant bij single-mode glasvezel) en polarisatiemodusdispersie (relevant bij hoge bitsnelheden in single- systemen). Chromatische dispersie bestaat verder uit materiaaldispersie en golfgeleiderdispersie.

Welk type spreiding is het belangrijkst bij single--glasvezel?

Chromatische spreiding is het voornaamste probleem voor de meeste single- glasvezelverbindingen. PMD wordt extra relevant bij 40 Gbps en hoger, vooral op oudere glasvezels met hogere PMD-coëfficiënten. Modale spreiding vindt niet plaats in single--vezels, aangezien slechts één modus zich voortplant.

Hoe wordt chromatische spreiding gecompenseerd?

De drie belangrijkste benaderingen zijn: optische compensatie met behulp van DCF/DCM- of Bragg-vezelroosters; elektronische compensatie met behulp van DSP bij de ontvanger (vooral in coherente systemen); en preventie door middel van de juiste selectie van vezeltypes en golflengteplanning. In moderne netwerken is op DSP-een coherente compensatie gebaseerdoptische zendontvangersis steeds vaker de standaardbenadering voor hoge-snelheidslinks.

Heeft elke glasvezelverbinding dispersiecompensatie nodig?

Nee. Korte verbindingen en systemen met een lagere-snelheid werken vaak ruim binnen hun spreidingstolerantie zonder enige speciale compensatie. De behoefte hangt af van het gecombineerde effect van vezeltype, afstand, datasnelheid, golflengte en ontvangergevoeligheid. Aan eventuele compensatiebeslissingen moet altijd een goede berekening van het linkbudget voorafgaan.

Wat veroorzaakt dispersie in optische vezels?

Dispersie wordt veroorzaakt door verschillen in voortplantingssnelheid tussen de componenten van het optische signaal. Bij multimode glasvezel reizen verschillende ruimtelijke modi verschillende paden. In single{2}}-vezels reizen verschillende golflengten met verschillende snelheden vanwege de materiaal- en golfgeleidereigenschappen van de vezel. Dubbele breking in de vezel zorgt ervoor dat de twee polarisatietoestanden verschillende vertragingen ervaren.

Is nulspreiding altijd het ideale doelwit?

Niet in de praktijk. In WDM-systemen helpt een kleine hoeveelheid lokale spreiding in elke vezeloverspanning niet-lineaire stoornissen zoals het mengen van vier- golven te onderdrukken. Het technische doel is om de netto spreiding binnen een acceptabel venster bij de ontvanger te beheren, en niet om deze op elk punt in de verbinding te elimineren.

Conclusie

Verspreiding van optische vezels is een van de fundamentele transmissiestoornissen in glasvezelnetwerken, naast verzwakking en niet-lineaire effecten. Inzicht in welk type spreiding van invloed is op uw specifieke systeem - modaal, chromatisch of PMD - is de eerste stap naar effectief beheer. De volgende stap is het afstemmen van de juiste mitigatiestrategie op de link: vezelselectie, optische compensatie, elektronische compensatie, of simpelweg bevestigen dat er geen compensatie nodig is.

Voor ingenieurs die werken metsingle-mode glasvezelin metro- en langeafstandsnetwerken- blijft het beheer van chromatische spreiding een kernontwerpdiscipline. Voor degenen die inzettenmultimode glasvezelbij toepassingen met een korter-bereik is het begrijpen van modale bandbreedtebeperkingen net zo belangrijk. En naarmate coherente DSP zich blijft ontwikkelen, blijft de grens tussen 'dispersie-beperkt' en 'DSP-beheersbaar' in beweging - waardoor het belangrijker dan ooit is om dispersie te benaderen als een technisch probleem op systeem-niveau in plaats van als een oplossing uit één- component.