Ερευνητές Αντιμετωπίζουν Θέματα Εξασθένησης και Διασποράς Οπτικών Ινών

Φανταστείτε τα δεδομένα ως οχήματα που τρέχουν σε έναν υπερκινητόδρομο πληροφοριών, με τις οπτικές ίνες να χρησιμεύουν ως οδός.Εάν η επιφάνεια του δρόμου είναι ανώμαλη (αμβλύνωση) ή οι λωρίδες είναι κακώς σχεδιασμένες (διασκορπισμός)Η επικοινωνία μέσω οπτικών ινών, ως ακρογωνιαίο λίθο της σύγχρονης διαβίβασης πληροφοριών,υπόκειται σε διάφορους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση, με την εξασθένιση και τη διάσπαση να είναι δύο από τα πιο κρίσιμα.Αυτό το άρθρο εξετάζει πώς αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν τις συνδέσεις επικοινωνίας με οπτική ίνα και διερευνά στρατηγικές βελτιστοποίησης για τη διασφάλιση αξιόπιστης και αποτελεσματικής μετάδοσης δεδομένων.

Τα καλώδια οπτικών ινών κατηγοριοποιούνται σε δύο κύριους τύπους με βάση τη διάμετρο του πυρήνα τους και τους τρόπους μετάδοσης φωτός: πολυμέθοδος ινών (MMF) και μονομέθοδος ινών (SMF).Αυτές οι ίνες διαφέρουν σημαντικά στις φωτεινές πηγές τους, τα χαρακτηριστικά μετάδοσης και τις εφαρμογές.

• Διάμετρος πυρήνα:Η πολλαπλή διανομή δίνει το όνομά της "πολυτρόπος".
• Πηγή φωτός:Συνήθως χρησιμοποιεί διόδους εκπομπής φωτός (LED), οι οποίες είναι οικονομικά αποδοτικές, αλλά παράγουν ασυνάρτητο φως με πολλαπλά μήκη κύματος και αποκλίνουσες δέσμες.
• Χαρακτηριστικά μετάδοσης:Διαφορετικές διαδρομές φωτός δημιουργούν μοδατική διασπορά, περιορίζοντας την απόσταση μετάδοσης και το εύρος ζώνης.
• Εφαρμογές:Είναι ιδανικό για μικρές αποστάσεις, χαμηλού εύρους ζώνης, όπως δίκτυα κτιρίων και διασυνδέσεις κέντρων δεδομένων, όπου το χαμηλότερο κόστος παρέχει πλεονέκτημα.

• Διάμετρος πυρήνα:Εξαιρετικά μικρός, επιτρέποντας μόνο ένα μονοπάτι φωτός κατευθείαν μέσα από τον πυρήνα, εξαλείφοντας τη διασκορπισμό των μορφών.
• Πηγή φωτός:Χρησιμοποιεί λέιζερ που παράγουν συνεκτικό φως ενός μήκους κύματος με πολύ εστιασμένες δέσμες ιδανικές για μετάδοση μεγάλων αποστάσεων.
• Χαρακτηριστικά μετάδοσης:Μεγαλύτερο εύρος ζώνης και μεγαλύτερες αποστάσεις, αλλά απαιτεί ακριβέστερες συνδέσεις και συντήρηση λόγω του μικρού πυρήνα.
• Εφαρμογές:Η προτιμώμενη επιλογή για εφαρμογές μεγάλων αποστάσεων, υψηλού εύρους ζώνης, συμπεριλαμβανομένων δικτύων μητροπολιτικών περιοχών, δικτύων ραχοκοκαλιάς και υποθαλάσσιων καλωδίων.

Η εξασθένιση αναφέρεται στην απώλεια οπτικής ισχύος καθώς τα σήματα ταξιδεύουν μέσω της ινών, επηρεάζοντας σημαντικά την απόσταση επικοινωνίας και την απόδοση του συστήματος.

• Απώλεια απορρόφησης:Τα υλικά ινών απορροφούν φυσικά συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός, μετατρέποντας την οπτική ενέργεια σε θερμότητα.
• Απώλεια διάσπασης:Οι μικροσκοπικές διακυμάνσεις πυκνότητας και οι ακαθαρσίες διασκορπίζουν το φως μακριά από την πορεία του, επηρεάζοντας ιδιαίτερα τα μικρότερα μήκη κύματος.
• Απώλεια κάμψης:Η υπερβολική κάμψη των ινών προκαλεί το φως να διαφεύγει από τον πυρήνα όταν δεν πληρούνται οι συνθήκες αντανάκλασης.
• Απώλεια συνδέσμου:Η ατελής ευθυγράμμιση, η μόλυνση ή τα κενά αέρα στα σημεία σύνδεσης συμβάλλουν στην απώλεια ισχύος.

• Μειώνει την ένταση του σήματος και την αναλογία σήματος προς θόρυβο στον δέκτη
• Οριακές μέγιστες αποστάσεις μετάδοσης
• Αυξάνει τα ποσοστά σφάλματος bits, που ενδεχομένως προκαλεί αποτυχίες του συστήματος

• Λειτουργούν σε μήκη κύματος χαμηλής εξασθένισης (1310nm ή 1550nm)
• Χρησιμοποιήστε υλικά υψηλής ποιότητας ινών με χαμηλή απώλεια
• Εφαρμόστε τη σωστή εγκατάσταση και συντήρηση των συνδέσμων
• Εφαρμογή οπτικών ενισχυτών (EDFA ή SOA) για συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων
• Διενέργεια ενδελεχούς λογισμικής οπτικής ισχύος κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού του συστήματος

Η διασπορά συμβαίνει όταν διαφορετικά μήκη κύματος ή τρόποι φωτός ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες, προκαλώντας την εξάπλωση παλμών σήματος και περιορίζοντας τα ποσοστά μετάδοσης και τις αποστάσεις.

• Μοδατική διασπορά:Εκτός από το MMF, προκαλείται από διαφορετικές διαδρομές φωτός που ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες.
• Χρωματική διασπορά:Επηρεάζει όλες τις ίνες, ως αποτέλεσμα των κυματοεξαρτώμενων από το μήκος κύματος διακυμάνσεων ταχύτητας (διάσπαση υλικού και κυματοοδηγού).
• Διασκορπισμός κατά τη μορφή πόλωσης (PMD):Εμφανίζεται στο SMF όταν ορθογώνια πολωμένα φως ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες.

• Διευρύνει τους παλμούς σήματος, προκαλώντας παρεμβολές μεταξύ των συμβόλων.
• Περιορίζει τις μέγιστες ταχύτητες και αποστάσεις μετάδοσης
• Αυξάνει τα ποσοστά σφάλματος bits

• Φύλλα αντισταθμιστικής διάσπασης (DCF) με αντίθετες ιδιότητες διάσπασης
• Διάταξη για την παραγωγή ηλεκτρικών συσσωρευτών
• Ηλεκτρονική αντιστάθμιση διασποράς (EDC) στους δέκτες
• Τεχνικές συμπίεσης του χτυπημένου παλμού

Οι σχεδιαστές συστημάτων πρέπει να λαμβάνουν υπόψη όλες τις πιθανές απώλειες για να εξασφαλίσουν ότι οι δέκτες λαμβάνουν επαρκή οπτική ισχύ για αξιόπιστη επικοινωνία.

• Δύναμη εξόδου του πομπού
• Απαιτήσεις ευαισθησίας του δέκτη
• Συνολικές απώλειες συνδέσμων (φυτικές ίνες, σύνδεσμοι, σύνδεσμοι)
• Το περιθώριο του συστήματος για τη γήρανση και τις περιβαλλοντικές αλλαγές
• Πινή ισχύος διασποράς, εφόσον ισχύει

• Απαιτούμενη απόσταση μετάδοσης και ταχύτητα δεδομένων
• Κατάλληλη επιλογή τύπου ινών
• Βέλτιστα συστατικά του πομπού/αποδέκτη
• Απαιτήσεις για οπτικούς ενισχυτές
• Απαιτήσεις αντιστάθμισης διάσπασης

Τα συστήματα οπτικών ινών συμμορφώνονται με καθιερωμένα πρότυπα, μεταξύ των οποίων:

• Telcordia GR-253-CORE για τις γενικές απαιτήσεις συστήματος
• ITU G.957 για τις παράμετροι οπτικής διεπαφής
• IEEE 802.3 για πρωτόκολλα Ethernet μέσω ινών

Η εξασθένιση και η διασπορά επηρεάζουν θεμελιωδώς την αξιοπιστία και την αποτελεσματικότητα της επικοινωνίας με οπτικές ίνες. Through comprehensive understanding of these phenomena and implementation of appropriate mitigation strategies—combined with careful power budgeting and system design—engineers can develop high-performance optical networksΟι συνεχιζόμενες εξελίξεις στα υλικά ινών, στα εξαρτήματα και στις τεχνολογίες αντιστάθμισης υπόσχονται να βελτιώσουν περαιτέρω τις δυνατότητες των οπτικών συστημάτων επικοινωνίας.