Saintréithe snáithíní optúla

Tar éistaistil comharthaí optúlafad áirithe trí snáithíní optúla, déantar iad a mhaolú agus a shaobhadh, rud a fhágann go mbíonn difríocht idir na bíoga comhartha optúla ionchuir agus aschuir. Léirítear é seo mar aimplitiúid tanúcháin agus leathnú tonnform ar na bíoga optúla. Is é an chúis atá leis an bhfeiniméan seo ná caillteanas agus scaipeadh laistigh den snáithín optúil. Is iad caillteanas agus scaipeadh na paraiméadair is tábhachtaí a chuireann síos ar shaintréithe tarchurtha snáithíní optúla, a theorannú achar tarchurtha agus cumas an chórais. Pléann an chuid seo go príomha meicníochtaí agus tréithe caillteanas snáithíní optúla agus scaipthe.

★Saintréithe snáithíní optúla (cuid 2)

Saintréithe caillteanais snáithíní optúla

Is é an toradh a bhíonn ar chaillteanas snáithíní optúla ná maolú comhartha, dá bhrí sin tugtar caolú ar chaillteanas snáithíní optúla freisin. De réir mar a mhéadaíonn an fad sa snáithíní optúla, laghdaítear déine an chomhartha solais, mar a leanas: P(z)=P(0) /10 - (4) áit arb é P(z) an chumhacht optúil ag fad tarchurtha z; Is é P(0) an t-ionchur cumhachta optúla isteach sa snáithín optúil, ie, an chumhacht optúil a instealladh ag z=0; (λ) is comhéifeacht maolaithe snáithíní optúla ag tonnfhad in dB/km; agus is é L an t-achar tarchurtha.

Nuair a t=L, sainmhínítear an chomhéifeacht tanúcháin snáithíní mar

(λ)=(10/L) lg[P(0)/P(L)]

Nuair is é dB an tonnfhad oibre λ, má thomhaistear an chomhéifeacht tanúcháin in aonaid dB in aghaidh an chiliméadair, ansin cuirtear A(λ) (aonad é dB) in iúl mar:

A(λ)=10 lg[P(0)/P(L)]

Tá cumarsáid snáithíní optúla forbartha taobh le feabhsuithe leanúnacha i ndéantúsaíocht snáithíní optúla, go sonrach laghdú ar chaillteanas snáithíní. Tá caillteanas snáithíní ar cheann de na príomhfhachtóirí a chinneann an t-achar sealaíochta i gcóras cumarsáide snáithíní optúla. Cuireann go leor fachtóirí le caillteanas snáithíní, go príomha caillteanas ionsúite, caillteanas scaipthe, agus caillteanas breise, agus tá na meicníochtaí is bun leis na caillteanais seo casta go leor. Úsáideann an plé seo a leanas snáithín optúil shilice mar shampla chun cúiseanna éagsúla an chaillteanais a léiriú.

Caillteanas ionsúite

Áirítear go príomha le caillteanas ionsú ionsú intreach, ionsú eisíontas (Fréamhacha OH), agus ionsú lochtanna struchtúracha. Áirítear le hionsú intreach ionsú infridhearg agus ultraivialait.

Is é ionsú infridhearg an t-ionsú fuinnimh solais de bharr athshondas móilíneach nuair a théann solas trí ghloine Grianchloch comhdhéanta de SiO2. Mar shampla, tá beanna ionsú Si-O ag 9.1 μm, 12.5 μm, agus 21.3 μm, agus tá caillteanas ionsú snáithíní optúla chomh hard le 10 dB/km ag 9.1 μm. Is é is ionsú ultraivialait ann an fuinneamh a shúitear nuair a bhíonn leictreoin ar bís le haistriú go leibhéil fuinnimh níos airde ag tonnta solais. Tarlaíonn an t-ionsú seo sa réigiún ultraivialait agus mar sin de ghnáth tugtar ionsú ultraivialait air. Tá iain mhiotail trasdula mar iarann ​​agus copar in ábhair ghloine, chomh maith le hiain OH-.Is é an t-ionsú eisíontas an caillteanas de bharr ionsú fuinnimh solais ag céimeanna leictreon a ghintear trí chreathadh ian faoi excitation tonnta solais. Mar shampla, ag 1.39 μm, is é 60 dB/km an maolú nuair is é 1 × 10⁻⁶ an tiúchan iain OH-.

Caillteanas scaipthe

Is éard atá i gcaillteanas scaipthe ná an caillteanas a radaíonn fuinneamh solais as an snáithín optúil i bhfoirm scaipthe. Is é an dlús neamhionann laistigh den snáithín is cúis leis. I measc na bpríomhchineálacha caillteanais scaipthe i snáithíní optúla tá scaipeadh Rayleigh, scaipeadh Mie, scaipeadh Brillouin spreagtha, scaipeadh Raman spreagtha, lochtanna struchtúracha breise agus scaipeadh lúbthachta, agus scaipeadh sceite.

Le linn déantúsaíochta snáithíní optúla, is cúis le tairiscint theirmeach na móilíní sa ghloine leáite luaineachtaí sa dlús agus innéacs athraonta laistigh dá struchtúr, rud is cúis le scaipeadh solais. Scaipeadh Rayleigh a thugtar ar scaipeadh de bharr cáithníní i bhfad níos lú ná tonnfhad an tsolais; Scaipeadh Mie a thugtar ar scaipeadh de bharr cáithníní den tonnfhad céanna le solas.

Is é scaipthe Rayleigh an phríomhchúis le caillteanas snáithíní. Léiríonn scaipthe Rayleigh airí a bheith comhréireach le 1/λ den tonnfhad gearr, ie, R=K/λ. Baineann tairiseach na comhréireachta K le struchtúr agus comhdhéanamh gloine. Go ginearálta, dá airde an teocht trasdula gloine agus an níos casta a chomhdhéanamh, is mó an caillteanas scaipthe Rayleigh.

Bíonn tionchar ag déine an tsolais teagmhais ar scaipthe Rayleigh. Ar an láimh eile, tarlaíonn scaipthe Brillouin spreagtha agus scaipthe Raman spreagtha nuair a sháraíonn an dlús fuinnimh solais ardluach áirithe agus go ndéantar iad a tháirgeadh ag an idirghníomhú idir solas agus an meán.

Caillteanais bhreise

Is éard atá i gcaillteanais bhreise (nó caillteanais feidhmchláir) caillteanais de thionscnamh foinsí seachtracha, amhail na cinn a tharlaíonn de bharr casadh snáithíní nó brú cliathánach le linn na tógála, na suiteála agus oibríochta, rud a fhágann go ndéantar macra lúbadh agus micrea-lúbthachta an tsnáithín.

Tá achoimre ar na cúiseanna a bhaineann le caillteanas snáithíní i bhFíor:

Saintréithe scaipthe snáithíní optúla

Sa fhisic, tagraíonn scaipeadh don fheiniméan ina scaiptear solas dathanna éagsúla tar éis dul trí mheán trédhearcach. Roinntear léas solais bháin ina bhanda de sheacht ndath tar éis dó dul trí phriosma. Tá sé seo amhlaidh toisc go bhfuil innéacsanna athraonta difriúla ag gloine le haghaidh dathanna éagsúla (minicíochtaí difriúla nó tonnfhaid éagsúla). Dá fhaide an tonnfhad (nó dá ísle an minicíocht), is ísle innéacs athraonta na gloine; dá giorra an tonnfhad (nó dá airde an minicíocht), is airde an t-innéacs athraonta. I bhfocail eile, is feidhm de mhinicíocht (nó tonnfhad) na tonn solais é an t-innéacs athraonta gloine. Nuair a bhíonn solas bán comhdhéanta de dathanna éagsúla teagmhasach ag an uillinn chéanna θ, de réir dhlí an athraonta (n=sinθ/n²), beidh uillinneacha athraonta difriúla ag dathanna éagsúla solais mar gheall ar na luachanna n² éagsúla, rud a scarann ​​na dathanna éagsúla solais, rud a fhágann scaipeadh. Ós rud é n=c/n (áit arb é c luas an tsolais, c=3 × 10⁻⁶ m/s), is léir go bhfuil dathanna difriúla solais ag taisteal ar luasanna éagsúla laistigh den ghloine.

I dteoiric iomadú snáithíní optúla, leathnaíodh brí an téarma "scaipeadh". I snáithíní optúla, iompraítear agus tarchuirtear comharthaí trí thonnta solais de go leor modhanna nó minicíochtaí éagsúla. Nuair a shroicheann an comhartha an críochfort, taithííonn modhanna nó minicíochtaí éagsúla na dtonnta solais difríochtaí moille tarchurtha, rud a fhágann saobhadh comhartha. Tugtar scaipeadh ar an bhfeiniméan seo le chéile. I gcás comharthaí digiteacha, is cúis le scaipeadh an chuisle a leathnú tar éis achar áirithe a iomadú tríd an snáithín. I gcásanna tromchúiseacha, forluífidh bíoga as a chéile, ag cruthú cur isteach idirshiombail. Dá bhrí sin, socraíonn scaipeadh bandaleithead tarchurtha an tsnáithín optúil agus cuireann sé teorainn le ráta tarchurtha nó achar athsheoltóra an chórais. Tá scaipeadh agus bandaleithead mar an gcéanna tréith de shnáithíní optúla a thuairiscítear ó pheirspictíochtaí éagsúla.

Bunaithe ar na cúiseanna scaipthe, tá scaipeadh snáithíní optúla roinnte go príomha i: scaipeadh modha, scaipeadh ábhar, scaipeadh waveguide, agus scaipeadh modh polaraithe, a thabharfar isteach thíos.

Scaipeadh Mód

Is gnách go mbíonn scaipeadh módúil i snáithíní ilmhóid. Toisc go bhfuil il-mhodhanna taobh le chéile i snáithín ilmhód, agus go bhfuil luasanna iomadú grúpa modhanna éagsúla ar feadh an ais snáithíní difriúil, beidh siad ag teacht go dtí an críochfort ag amanna éagsúla, rud a fhágann go mbeidh difríocht mhoill ama agus scaipeadh idirmhódúil á fhoirmiú, rud a fhágann go mbeidh leithead cuisle ag leathnú. Léirítear an leathnú bíge de bharr scaipthe módúil i bhFíor 2-10. Maidir le snáithín aonmhóid idéalach, ós rud é nach dtarchuirtear ach mód amháin (modh bunúsach - mód LP nó HE), níl aon scaipthe módúil ann, ach tá scaipeadh mód polarúcháin ann.

Anois, déanaimid meastachán ar an uas-scaipeadh módúil de chéim-snáithín ilmhóid innéacs. Taispeántar i bhFíor 2-11 an scaipeadh módúil ar chéim-innéacs ilmhód snáithín. I snáithín ilmhóid innéacs céime, is iad an dá gha iomadaithe is tapúla agus is moille ná an ga ① atá ag iomadú feadh na haise agus an ga ② teagmhas ag uillinn chriticiúil 0 céim , faoi seach. Dá bhrí sin, is é an scaipeadh mód uasta i snáithín multimode céim-innéacs ná an difríocht ama idir an t-am a thógann gha ② (Tmax) agus an t-am a thógann ga ① (Tmin) chun an críochfort a bhaint amach, ΔT._mux: ΔT_mux = T_uas / T_nóim

De réir optaic gheoiméadracha, i snáithín optúil ar fad L, lig do luasanna gathanna solais ① agus ② feadh na treo aiseach a bheith c/n agus sinθ·c/n, faoi seach. Mar sin, is é an scaipeadh módúil ar an snáithín optúil...

I snáithíní optúla treoraithe lag (snáithíní áit a bhfuil n_iagus n_idifríocht an-bheag), A=(n_i- n)/n. Má tá Δ=1%, n_i= 1.5 le haghaidh snáithíní optúla shilice, agus is é an fad snáithín 1 km, ansin an scaipeadh idirmhódúil uasta ΔT_mis féidir é a ríomh mar 50 ns. Mar sin, is léir, dá fhad an snáithín, an níos déine an scaipeadh idirmhódúil; agus is mó an difríocht innéacs athraonta coibhneasta Δ, is ea is déine an scaipeadh idirmhódúil.

Scaipeadh ábhar

Toisc go n-athraíonn innéacs athraonta na n-ábhar snáithíní optúla le tonnfhad an tsolais, tá treoluas grúpa minicíochtaí éagsúla an chomhartha optúla difriúil, rud a fhágann go bhfuil difríocht mhoill tarchurtha, feiniméan ar a dtugtar scaipeadh ábhair. Braitheann an scaipeadh seo ar shaintréithe tonnfhad innéacs athraonta an ábhair snáithíní optúla agus líneáil na foinse solais.

I gcórais cumarsáide snáthoptaice digiteacha, ní tonnfhad amháin é an solas aschuir ón bhfoinse solais iarbhír ach tá líneáil speictreach áirithe aige. Ós rud é gur feidhm tonnfhad é comhéifeacht athraonta an ábhair shnáithínigh, athraíonn luas iomadaithe an tsolais laistigh de (λ)=c/n(λ) de réir an tonnfhad. Nuair a bhíonn cuisle solais a astaíonn foinse solais le líneáil speictreach áirithe teagmhasach ar shnáithín mód amháin agus a iomadaíonn sé, beidh luasanna iomadaithe difriúla ag bíoga solais de thonnfhaid éagsúla, rud a fhágann go mbeidh difríocht mhoill ama nuair a shroicheann siad deireadh an aschuir, rud a fhágann go leathnófar an chuisle. Is é seo an mheicníocht scaipthe ábhair.

Más eol gurb é u=da/dB an treoluas grúpa, is é T=1/v,=n,/c an mhoill ghrúpa in aghaidh an aonaid. Dá bhrí sin, is é an scaipeadh ábhair de shnáithín optúil fad L...

Sa fhoirmle, is é c luas an tsolais i bhfolús; Is é λ an t-innéacs athraonta den chroí snáithín; Is é λ tonnfhad an tsolais; agus is é Aλ líne athrú speictreach na foinse solais, áit a bhfuil Aλ=λ - λ, a léiríonn an raon tonnfhad atá dírithe ar A. Go ginearálta, úsáidtear an comhéifeacht scaipthe chun méid an scaipthe a thomhas. Sainmhínítear an chomhéifeacht scaipthe D (aonad: ps/(nm·km)) mar...

Is féidir a fheiceáil gurb é an comhéifeacht scaipthe ná an scaipeadh de bharr foinse solais le líneáil speictreach aonad iomadú i fad aonad snáithíní optúla. Má tá comhéifeacht scaipthe ábhair an tsnáithín optúil ar eolas, is féidir an scaipeadh ábhair a ríomh go héasca mar ΔTm=DmAAL.

Sampla 2-1: Abair gurb é D=3.5ps/(nm·km) an chomhéifeacht uasta scaipthe ábhair atá ag snáithín optúil ag tonnfhad 1.31m. Má úsáidtear léasair leathsheoltóra le lárthonnfhad 1.31µm chun solas tarchuir a ghiniúint le líneáil speictreach λ=4nm, ríomh an scaipeadh ábhair is cúis leis an solas seo ag iomadú i fad 1km de shnáithín optúil.

Réiteach: Is féidir scaipeadh ábhair an tsnáithín optúil a ríomh go héasca mar:

T_m = D_mLΔA=3.5ps/(nm·km) x 1km x 4nm=0.014ns=14ps

Mar atá le feiceáil i Sampla 2-1, tá an scaipeadh ábhair sách beag, fiú níos lú ná an scaipeadh módúil ar shnáithín ilmhóid céim-innéacs. Ba chóir a thabhairt faoi deara freisin gur féidir le comhéifeacht scaipthe snáithíní optúla (ní hamháin an comhéifeacht scaipthe ábhair) a bheith dearfach nó diúltach. I snáithíní optúla, méadaíonn an mhoill ghrúpa (A) le tonnfhad an iompróra; i bhfocail eile, tá tonnta solais tonnfhad níos giorra iomadaíodh níos tapúla.Sa chás seo, tá an chomhéifeacht scaipthe diúltach, ar a dtugtar scaipthe diúltach; os a choinne sin, iomadaíonn tonnta solais tonnfhad níos faide ná tonnta solais tonnfhad níos giorra.

Anseo, tá an comhéifeacht scaipthe dearfach, ar a dtugtar scaipeadh dearfach. Is léir, má tá dhá shnáithín optúil le comharthaí comhéifeacht scaipeadh urchomhaireach comhleádh le chéile, feabhsófar an scaipeadh ábhair.

scaipeadh waveguide

Tagraíonn scaipeadh waveguide ΔTw do mhodh treoraithe ar leith i snáithín optúil. Tá tairisigh chéimeanna difriúla ag tonnfhaid éagsúla , rud a fhágann go mbíonn treoluasanna difriúla grúpa ann agus dá bhrí sin scaipeadh. Baineann scaipeadh Waveguide freisin le fachtóirí éagsúla cosúil le paraiméadair struchtúracha an tsnáithín optúil agus an difríocht innéacs athraonta coibhneasta idir an croí agus an cumhdach; dá bhrí sin, tugtar scaipeadh struchtúrach air freisin.

Scaipeadh mód polaraithe

Is cineál scaipthe é scaipeadh mód polarúcháin atá uathúil do shnáithíní optúla aonmhóid. Toisc go dtarchuireann snáithíní mód singil dhá mhodh polaraithe orthogonal a chéile, déantar a réimsí leictreacha a pholarú feadh na dtreoracha x agus y, faoi seach.

bandaleithead snáthoptaice

Déanann scaipeadh agus bandaleithead snáithíní optúla cur síos ar an tréith chéanna. Go deimhin, cuireann scaipeadh síos ar an méid a leathnaíonn cuisle solais feadh na haise ama tar éis tarchur; is cur síos é ar thréithe an tsnáithín san fhearann ​​ama. Déanann bandaleithead, ar an láimh eile, cur síos ar an tréith seo san fhearann ​​minicíochta. San fhearann ​​minicíochta, maidir le comhartha modhnú, is féidir an snáithín optúil a mheas mar -scagaire pas íseal. Nuair a théann comhpháirteanna ardmhinicíochta an chomhartha modhnúcháin tríd, déantar iad a mhaolú go mór. Is é sin, má tá aimplitiúid an chomhartha ionchuir (comhartha modhnú) fós seasmhach, ach na hathruithe minicíochta amháin, athrófar aimplitiúid an chomhartha aschuir tar éis tarchur tríd an snáithín le minicíocht an chomhartha modhnú (comhartha ionchuir). TTU-Molann T a shonrú gurb é bandaleithead snáithíní optúla ná [bandaleithead in aghaidh an chiliméadair].