研究 者 たち は 光ファイバー の 衰弱 と 散乱 の 問題 を 解決 し て いる

データを 情報の高速道路を走る 自動車として想像してください 光ファイバーが道路として機能します道路表面が不均等 (減弱) または車線が設計が不良 (分散)ファイバー・オプティック通信は,現代の情報伝送の礎であり,性能に影響する様々な要因にさらされています衰弱と分散が最も重要な2つである.この記事では,これらの要因が光ファイバー通信リンクにどのような影響を与えるかを検討し,信頼性と効率性の高いデータ伝送を確保するための最適化戦略を模索します.

光ファイバーケーブルは,コア直径と光伝送モードに基づいて,2つの主要タイプに分類される.マルチモードファイバー (MMF) とシングルモードファイバー (SMF).これらの繊維は 光源で大きく異なります, 送電特性,およびアプリケーション

• 中核直径:比較的大きいので,光がコア内の様々な角度で反射できる.この多経路伝播は"多モード"に名前を与えます.
• 光源:通常,LEDはコスト効率が良いが,複数の波長と異なるビームで不一致な光を生成する.
• トランスミッション特性:異なる光の経路は,伝達距離と帯域幅を制限するモダル分散を生み出します.
• 応用:低距離,低帯域幅の利用に最適です.例えばネットワークやデータセンターの相互接続を建設する.低コストが利点となる.

• 中核直径:極小で 単一の光路が 核を通り抜けるだけで モダルの分散を排除します
• 光源:レーザーは コーレントで単波長光を 発信するのに理想的な 高焦点光線で生成します
• トランスミッション特性:帯域幅が高く,距離が長いが,コアが小さいため,より正確な接続とメンテナンスが必要です.
• 応用:大都市ネットワーク,骨組みネットワーク,海底ケーブルを含む長距離,高帯域幅アプリケーションの好ましい選択です.

衰弱とは,光ファイバーを通る信号が光電力を失い,通信距離とシステムの性能に大きく影響を与える.

• 吸収損失:繊維材料は 特定の光の波長を自然に吸収し 光エネルギーを熱に変換します
• 分散損失:微小な密度の変化と不純物は 光をその経路から遠ざけ,特に短波長に影響を与えます
• 折りたたみの損失:過剰な繊維の折り合いは 反射条件が満たされない場合 核から光が逃れる原因になります
• コネクタの損失:接続点の不完全な配列,汚染,または空気の隙間が 電力損失に貢献します

• 信号強度と受信機での信号対ノイズ比を低下させる
• 最大送信距離の制限
• ビットエラー率を増加させ,システム障害を引き起こす可能性があります.

• 低減波長 (1310nmまたは1550nm) で動作する
• 高品質で 損失が少ない 繊維 材料 を 使う
• 適切なコネクタの設置と保守を実施する
• 遠距離接続のために光学増幅器 (EDFAまたはSOA) を導入する
• システム設計中に,光学電力の予算を徹底的に作成する.

分散は,異なる光の波長やモードが異なる速度で移動し,信号パルスが広がり,伝達速度や距離を制限するときに起こります.

• モダルの分散:異なる速度で移動する異なる光の経路によって引き起こされるMMFに限定します
• 染色体分散:波長に依存する速度変動 (材料と波導体分散) の結果,すべての繊維に影響を与えます.
• 偏光モード分散 (PMD):SMFでは,正交光の偏振が異なる速度で移動するときに発生する.

• 信号パルスを拡大し,シンボルの間の干渉を引き起こします
• 最大転送速度と距離を制限する
• ビットエラー率を上昇させる

• 分散補償繊維 (DCF) と反対の分散特性
• 波長を選択的に反射するファイバー・ブラッグ・グリッド (FBG)
• 電子分散補償 (EDC)
• 振動パルス圧縮技術

システム設計者は,受信機が信頼性の高い通信のために十分な光電力を得ることを確保するために,すべての潜在的な損失を考慮する必要があります.

• 送信機の出力
• 受容器の感度要求
• リンク損失総数 (ファイバー,コネクタ,スペイル)
• 老化と環境変化に対するシステム利益率
• 適用される場合の分散電力の罰金

• 必要な送信距離とデータ速度
• 適切な繊維種類選択
• 最適な送信機/受信機部品
• 光学増幅器の必要性
• 分散補償の要件

光ファイバーシステムは,以下を含む確立された基準を遵守する.

• Telcordia GR-253-CORE 一般システム要件について
• ITU G.957 オプティカルインターフェースパラメータ
• ファイバー上のイーサネットプロトコルのIEEE 802.3

衰弱と分散は,光ファイバー通信の信頼性と効率に根本的に影響します. 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 networks繊維材料,部品,補償技術における継続的な進歩は,光通信システムの能力をさらに強化すると約束しています.