Serat Optik Lanjutan Mengubah Jaringan Komunikasi Modern

Teknologi serat optik terus berkembang pesat, memainkan peran penting dalam era informasi.kelas baru yang dikenal sebagai "serat optik khusus" muncul sebagai game-changerSerat ini berfungsi sebagai pasukan khusus dalam komunikasi optik, melakukan fungsi unik dan kritis dalam pemrosesan sinyal, interkoneksi perangkat, dan aplikasi khusus lainnya.Apa yang membuat serat khusus ini begitu luar biasa, dan bagaimana mereka dapat membentuk kembali masa depan komunikasi optik? Artikel ini memeriksa beberapa serat khusus perwakilan, mengeksplorasi prinsip teknis mereka, aplikasi, dan tantangan.

Dalam sistem transmisi optik yang didominasi oleh serat mode tunggal standar (SMF), dispersi kromatik merupakan tantangan yang signifikan.menurunkan kualitas sinyal dan membatasi jarak dan kecepatan transmisi. Serat kompensasi dispersi (DCF) memberikan solusi yang efektif untuk masalah ini. Karakteristik utama DCF adalah nilai dispersi negatifnya yang besar di jendela panjang gelombang 1550 nm,yang mengkompensasi dispersi positif yang dihasilkan dalam SMF standar.

Secara khusus, DCF biasanya memiliki koefisien dispersi sekitar D ≈ -95 ps/ ((nm·km). Ini berarti bahwa sekitar 14 km DCF dapat mengkompensasi dispersi dalam 80 km SMF standar.Dalam aplikasi praktis, DCF biasanya dikemas sebagai modul kompensasi dispersi (DCM) untuk integrasi sistem yang lebih mudah.

Dibandingkan dengan teknik kompensasi dispersi lainnya seperti kisi serat Bragg (FBG), DCF menawarkan keuntungan termasuk jendela panjang gelombang yang luas, keandalan tinggi,dan riak dispersi yang sangat rendah semua penting untuk sistem multiplexing divisi panjang gelombang (WDM)Selain itu, DCF dapat dirancang untuk mengkompensasi kemiringan dispersi, menjadikannya ideal untuk aplikasi WDM panjang gelombang lebar.

Namun, DCF memiliki keterbatasan. Karena nilai dispersi yang terbatas per unit panjang, DCF menunjukkan atenuasi yang relatif tinggi ketika kompensasi dispersi total yang besar diperlukan.untuk mencapai dispersi negatif di jendela panjang gelombang 1550 nm, area inti efektif DCF biasanya kecil (Aeff ≈ 15 μm2), sekitar seperlima dari SMF standar.yang harus dipertimbangkan saat merancang perangkat pengukuran yang menggabungkan DCF.

Serat mode tunggal yang ideal memiliki bagian melingkar dengan dua mode degenerasi yang menampilkan keadaan polarisasi saling ortogonal dan konstanta propagasi yang identik.Tekanan eksternal dapat menyebabkan birefringensi pada serat, menyebabkan mode degenerasi ini mengembangkan konstanta penyebaran yang berbeda. The distribution of optical signals between these two polarization modes depends not only on the coupling conditions between the light source and the fiber but also on energy coupling between the modes during propagation—a process that is typically randomAkibatnya, bahkan setelah menyebar hanya beberapa meter melalui serat, keadaan polarisasi sinyal output biasanya menjadi acak.Mode kopling dan output polarisasi keadaan sangat sensitif terhadap gangguan eksternal seperti variasi suhu, perubahan tegangan mekanik, dan baik lenturan mikro dan makro.

Untuk meminimalkan kopling energi antara dua mode polarisasi orthogonal, perbedaan konstanta propagasi mereka harus cukup besar.Hal ini dicapai dengan memasukkan elemen tambahan ke dalam pelapis serat untuk menerapkan tegangan asimetris ke intiKarena koefisien ekspansi termal bahan yang berbeda, tekanan unidirectional dapat dibuat di inti selama proses gambar serat.,Serat PM dikategorikan sebagai jenis "Panda" atau "Bowtie".

Penting untuk dicatat bahwa serat PM pada dasarnya serat birefringent yang dirancang untuk meminimalkan kopling antara mode polarisasi orthogonal.untuk serat PM untuk mempertahankan keadaan polarisasi sinyal, polarisasi sinyal masukan harus sejajar dengan baik poros lambat atau cepat serat. jika tidak kedua mode degenerasi akan bersemangat, dan meskipun kopling energi minimal di antara mereka,Fase optik relatif mereka masih akan dipengaruhi oleh gangguan serat, mencegah keadaan polarisasi output untuk dipertahankan.

Oleh karena itu, ketika menggunakan serat PM dalam sistem optik, keselarasan hati-hati dari keadaan polarisasi sinyal masukan sangat penting.Serat PM mungkin berkinerja lebih buruk daripada serat mode tunggal standar. Tantangan lain dengan serat PM adalah kesulitan dalam menghubungkan dan menyambungkannya. Ketika menggabungkan dua serat PM, sumbu birefringensi mereka harus selaras dengan sempurna.Kesalahan penyelarasan menyebabkan masalah yang sama seperti input polarisasi kesalahan penyelarasanSplicer serat PM, yang menyediakan rotasi sumbu yang tepat dan keselarasan, dapat biaya lima kali lebih dari splicer serat konvensional karena kompleksitas mereka.

Serat kristal fotonik (PCF), juga dikenal sebagai serat bandgap fotonik, merupakan jenis serat yang sama sekali baru dengan mekanisme pembimbing gelombang yang secara fundamental berbeda dari serat konvensional.PCF biasanya memiliki banyak lubang udara yang didistribusikan secara berkala di bagian lintasPCF's light-guiding mechanism bergantung pada efek resonansi Bragg di arah transversal serat,Artinya jendela transmisi kerugian rendahnya sangat tergantung pada desain struktur bandgap.

PCF area inti besar memungkinkan operasi mode tunggal di jendela panjang gelombang yang sangat luas (misalnya, 750-1700 nm) sambil mempertahankan area inti yang besar.PCF area inti besar menawarkan jendela kerugian rendah yang lebih luasMeskipun parameter nonlinearnya lebih rendah dari SMF standar, biasanya jauh lebih tinggi daripada PCF inti berongga.

PCF yang sangat nonlinear, dengan bagian persegi inti padat yang sangat kecil, memungkinkan kepadatan daya yang sangat tinggi di inti.PCF yang sangat tidak linier dengan panjang gelombang dispersi nol pada λ0 = 710 nm mungkin memiliki diameter inti sebesar 1.8 μm dan parameter nonlinear γ > 100 W−1 km−1 ‰ 40 kali lebih tinggi dari SMF standar.PCF jenis ini umumnya digunakan dalam aplikasi pemrosesan sinyal optik nonlinear seperti amplifikasi parametrik dan generasi superkontinuum.

PCF inti berongga mengarahkan sinyal cahaya melalui inti udara. Tidak seperti pendorong gelombang konvensional yang membutuhkan bahan dielektrik padat dengan indeks refraksi tinggi,Struktur bandgap fotonik PCF dalam pelapis bertindak sebagai cermin virtual yang membatasi gelombang cahaya yang menyebar ke inti udaraDalam PCF inti berongga, lebih dari 95% daya optik bergerak melalui udara, meminimalkan interaksi antara daya sinyal dan bahan kaca.Karena nonlinearitas udara sekitar tiga urutan besar lebih rendah dari silika, PCF inti berongga dapat menunjukkan nonlinearitas yang sangat rendah, membuatnya cocok untuk mentransmisikan sinyal optik bertenaga tinggi.

Namun, PCF menghadapi dua tantangan utama: jendela transmisi yang relatif sempit (terutama untuk PCF inti berongga,biasanya sekitar 200 nm) karena efek resonansi yang kuat dari struktur periodik yang membatasi energi sinyal di inti udara; dan attenuasi yang relatif tinggi terutama disebabkan oleh ketidaksempurnaan manufaktur yang mengarah pada kekasaran dinding lubang udara.Daerah antarmuka udara/kaca yang sangat besar dalam PCF berarti bahkan keropos permukaan kecil dapat menyebabkan kerugian penyebaran yang signifikanAkibatnya, PCF tetap merupakan jenis serat kelas atas yang mahal yang sebagian besar dijual per meter daripada per kilometer.Kerapuhan mereka dan kesulitan penanganan akibat lubang udara yang mempersulit perawatan permukaan, penghentian, koneksi, dan splicing lebih lanjut membatasi adopsi yang luas.

Baru-baru ini, jenis khusus PCF inti berongga yang disebut serat antiresonan tanpa simpul inti berongga (HC-NANF) telah menunjukkan janji untuk transmisi optik berkecepatan tinggi.Struktur inti HC-NANF terdiri dari enam pasang kapiler silika bersarang disusun di sekitar inti udara pusatDesain bersarang ini membantu mendorong medan modus ke wilayah pusat inti udara, mengurangi interaksi dengan bahan silika dan berpotensi secara signifikan menurunkan attenuasi.Dengan desain tebal kapiler yang tepat, diameter, dan posisi, bandwidth kehilangan rendah HC-NANF dapat mencakup seluruh jendela panjang gelombang 1100-1600 nm. Teknik manufaktur yang lebih baik telah mengurangi attenuasi HC-NANF menjadi 0.28 dB/kmAkhirnya, karena medan cahaya menyebar di inti udara dengan interaksi silika minimal,kerugian intrinsik bisa menjadi jauh lebih rendah daripada serat inti padat standar jika teknik manufaktur ditingkatkan lebih lanjut.

Serat inti berongga menawarkan manfaat tambahan: nonlinearitas yang tidak signifikan memungkinkan kekuatan sinyal yang lebih tinggi tanpa kekhawatiran degradasi nonlinear,dan sinyal cahaya menyebar sekitar 30% lebih cepat daripada dalam serat inti padat standar karena pengurangan indeks bias dari n≈1Percobaan transmisi WDM berkecepatan tinggi menunjukkan bahwa HC-NANF dapat menjadi alternatif yang menjanjikan untuk SMF saat ini untuk sistem dan jaringan optik WDM.

Serat optik plastik (POF) menawarkan alternatif murah yang juga mudah ditangani. POF inti biasanya terbuat dari PMMA (polymethyl methacrylate), resin umum,sedangkan pelapis biasanya terdiri dari polimer fluorasi dengan indeks bias yang lebih rendah daripada inti. Desain POF cross-section lebih fleksibel daripada serat silika, memungkinkan berbagai ukuran inti dan inti/lapisan rasio.95% dari cross-section dapat menjadi inti untuk transmisi cahaya.

Produksi POF tidak memerlukan proses MOCVD mahal yang penting untuk serat berbasis silika, berkontribusi terhadap biaya yang lebih rendah.POF menemukan semakin banyak aplikasi di daerah yang sensitif terhadap biaya karena kemampuan dan fleksibilitasnyaBiaya koneksi dan instalasi POF sangat rendah, membuatnya menarik untuk aplikasi serat ke rumah.

Namun, kehilangan transmisi POF sekitar 0,25 dB/m hampir tiga kali lipat lebih tinggi daripada serat silika, mengecualikan transmisi optik jarak jauh.membatasi mereka untuk kecepatan rendah, aplikasi jarak pendek seperti jaringan rumah, interkoneksi optik, jaringan otomotif, dan solusi pencahayaan / instrumentasi yang fleksibel.