التشتت جميل جدًا، لماذا لا تحبه الألياف الضوئية؟

منذ أكثر من ثلاثمائة عام، في أوروبا، في ظهيرة يوم مشمس، وضع نيوتن مثل هذه الخطة.

دع ضوء الشمس يشرق على المنشور. بعد اختراق المنشور، ينتشر الضوء إلى شرائط ملونة مكونة من الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والأرجواني، ويتم إسقاطه على ستارة في الغرفة. بهذه الطريقة، يتغير ضوء الشمس الذي يبدو شفافًا إلى أشرطة ألوان مذهلة بمساعدة المنشور.

بعد ذلك، فتح نيوتن شقًا رأسيًا في منتصف الستارة، ورتب منشورًا ثانيًا وستارة ثانية خلف الستارة.

رأيته وهو يدير المنشور الأول ويسقط سبعة أشرطة ملونة من الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والأرجواني على الشقوق في الستارة الأولى، ثم من خلال المنشور الثاني على الستارة الثانية. حدثت معجزة. وما ظهر على الستارة الثانية كان لونًا واحدًا من الضوء. الرسم التخطيطي هو كما يلي:

عند هذه النقطة، يتم فصل ضوء الشمس إلى ألوان مفردة متعددة وعرضه على الستارة الثانية. يستخدم اللورد نيو منشورًا لكشف السر: يمكن تشتيت الضوء! يبدو أن ضوء الشمس مغلق، ويوجد قلب ملون تحت المظهر العادي. وهذا ما نسميه غالبًا تشتت الضوء.

1. كيف يتم إنتاج التشتت؟

تسمى ظاهرة تحلل الضوء المركب إلى ثلاثة ألوان بتشتت الضوء.

في تجربة المنشور، يدخل ضوء الشمس (أي الضوء المركب) إلى الزجاج من الهواء، ثم يدخل الهواء من الزجاج، حيث ينكسر مرتين. يجب أن تعلم أن كل شيء مفيد. عند حدوث الانكسار، سيختار الضوء بطبيعة الحال أقصر مسار ويتحرك للأمام مع تقليل فقدان الطاقة. من تجربة نيوتن المنشورية أعلاه، نعلم أن الضوء المركب يتكون بشكل أساسي من العديد من الأضواء الفردية ذات الألوان المختلفة. هذه الأضواء لها أطوال موجية مختلفة، كما أن طاقة الضوء ذات الأطوال الموجية المختلفة مختلفة تمامًا. ومن الصعب التوفيق بين الآراء، كما أن الضوء ذو الأطوال الموجية المختلفة له آراء مختلفة حول كيفية اختيار المسار بعد الانكسار. لذلك، بعد الخروج من المنشور، "افترقوا".

إذن، لماذا ينتشر الضوء؟ وتبين أن ما يسبب هذا التشتت هو الطول الموجي للضوء. يحتوي الضوء ذو الأطوال الموجية المختلفة على مؤشرات انكسار مختلفة في الوسط وسرعات انتشار (مسارات) مختلفة، مما سيؤدي حتماً إلى انتشار الضوء (الأضواء) وانتشاره، ويتشكل التشتت.

تظهر ظاهرة تشتت الضوء أن سرعة انتشار الضوء في الوسط لها علاقة كبيرة بمعامل الانكسار. كلما زاد معامل الانكسار، قلت سرعة الضوء. انظر الصيغة التالية:

V=C/N

C هي سرعة انتشار الضوء في الفراغ

ثابت 300،000 كم/ث

N هو معامل انكسار الوسط إلى الضوء

2. تأثير التشتت

على الرغم من أن التشتت يمكن أن يساعدنا على دخول عالم ملون، إلا أنه في مجال الاتصالات، فإن التشتت ليس جميلًا حقًا.

أثناء نقل الإشارات الضوئية في الألياف الضوئية، يعد التشتت أحد العوامل المهمة المسببة للفقد.

وذلك لأن معامل انكسار الضوء يسبب التشتت، مما يتسبب في تداخل بين الرموز في نبض الضوء، وبالتالي توسيع نهاية الإخراج.

ما هو التمدد؟

التوسيع يعني أن الضوء ذو الأطوال الموجية المختلفة ينتقل بسرعات مختلفة في الوسط بسبب اختلاف معاملات الانكسار، مما يؤدي إلى زيادة العرض الطيفي. بمعنى آخر، عندما ينتقل شعاع من الضوء في وسط ما، يكون لبعض موجات الضوء معامل انكسار كبير وتنحرف بشكل خطير عن المدرج.

تحتوي بعض موجات الضوء على معامل انكسار صغير، وعلى الرغم من أنها ملتوية، إلا أنها لا تزال قادرة على السفر في اتجاه محدد مسبقًا.

يؤدي تنافر موجات الضوء إلى أن يكون عرض شعاع الضوء هذا أكبر مما كان عليه قبل دخول الوسط، مما يشكل اتساعًا.

في حالة التشتت، كلما طالت مسافة إرسال الإشارة الضوئية، كلما كان الاتساع أكثر خطورة. والنتيجة هي تشويه الإشارة وتدهور أداء معدل الخطأ في البتات، مما يؤثر بشكل خطير على جودة نقل المعلومات.

كيف نتجنب تأثير التشتت على التواصل؟

3. كيفية تجنب تأثير التشتت؟

بعد فترة طويلة من الاستكشاف والبحث، وجد الناس طريقة لاستخدام التعويض لموازنة فقدان التشتت. من بين طرق التعويض المختلفة، تعد تقنية ألياف تعويض التشتت طريقة تعويض تشتت معترف بها للغاية.

إحدى طرق تعويض التشتت: ألياف تعويض التشتت DCF

في أنظمة الألياف الضوئية العادية أحادية الوضع، يتمتع الطول الموجي العامل للألياف الضوئية بتشتت إيجابي عالي عند 1550 نانومتر.

خصائص التشتت الإيجابي: مع زيادة الطول الموجي، يتناقص معامل الانكسار تدريجياً.

وفقًا لفكرة التعويض، يجب إضافة التشتت السلبي إلى هذه الألياف الضوئية لتعويض التشتت للتأكد من أن إجمالي التشتت لخط الألياف الضوئية بالكامل يساوي الصفر تقريبًا. تعد الألياف التعويضية للتشتت (DCF) نوعًا جديدًا من الألياف أحادية الوضع المصممة بشكل أساسي لطول موجة يبلغ 1550 نانومتر. يتميز بتشتت سلبي عالي عند 1550 نانومتر (خصائص التشتت السلبي والتشتت الإيجابي متعارضة)، ويمكن استخدامه في كابلات الألياف الضوئية العادية أحادية الوضع. يتم إجراء تعويض التشتت في نظام الألياف الضوئية. كما هو مبين في الشكل أدناه، فإن مجموع التشتتات الإيجابية والسلبية المعوضة يقترب من الصفر عند 1550 نانومتر.

فيما يلي صيغة ألياف تعويض التشتت المطبقة على الألياف أحادية الوضع.

D(As)L٪2bDc(As)Lc٪7b٪7b1٪7d٪7d

D(  s ) هو معامل التشتت للألياف أحادية الوضع عند طول موجة التشغيل  s

Dc( lect s ) هو معامل التشتت لـ DCF عند طول موجة التشغيل  s

L وLC هما أطوال الألياف التقليدية أحادية الوضع وD CF على التوالي.

في التطبيقات العملية، يتم استخدام DCF والألياف أحادية الوضع بشكل متسلسل في خط النقل لتعويض التشتت الإيجابي للألياف أحادية الوضع عند طول موجة ضوئية يبلغ 1550 نانومتر، وذلك لتمديد مسافة التتابع وتقليل الخسارة، وذلك لتحقيق عالية- السرعة والقدرة الكبيرة والتواصل لمسافات طويلة. كما هو مبين أدناه:

كتعويض التشتت، DCF لديه المزايا التالية:

تأثير التعويض ملحوظ ويعمل النظام بثبات.

العملية بسيطة ويمكن توصيل ألياف التعويض مباشرة بنظام النقل لتحقيق التعويض.

يمكن التحكم في مبلغ تعويض التشتت حسب الحاجة ويمكن تعديله حسب الحاجة وفقًا لمبلغ التعويض الفعلي الذي يتطلبه نظام النقل.

يلاحظ:

ومع انتقال الإشارة الضوئية لمسافة أبعد على خط النقل، ستحدث خسائر أخرى، مثل توهين الخط. من أجل تجنب توهين الخط، من الضروري النظر في استخدام مضخم الألياف المخدر بالإربيوم EDFA (مضخم الألياف المخدر بالإربيوم).