Comment gérer la dispersion chromatique dans la communication optique ?

Il y a plus de 300 ans, par un après-midi ensoleillé, Newton a présenté un tel jeu.

Figure1 : Réfraction de la lumière par un prisme

Il laissa le soleil briller sur le prisme. Après avoir pénétré le prisme, la lumière s'est étalée en un ruban composé de lumière rouge, orange, jaune, verte, bleue, bleue et violette, et projetée sur un rideau dans la pièce. De cette façon, la lumière du soleil apparemment transparente se transforme en une bande de couleur incroyable à travers le prisme.

Après cela, Newton a ouvert une fente verticale au milieu du rideau et a placé un deuxième prisme et un deuxième rideau derrière le rideau. Il tourna le premier prisme et projeta successivement les sept rubans dans les interstices du premier rideau, puis les projeta sur le second rideau à travers le second prisme. Un miracle s'est produit - la lumière a été séparée en une variété de couleurs uniques et présentée sur le deuxième rideau. Le schéma est présenté ci-dessous :

Figure2 : la deuxième réfraction de la lumière

Newton a utilisé le prisme pour découvrir un mystère : la lumière peut être dispersée ! C'est ce que nous appelons maintenant la dispersion chromatique de la lumière.

Comment la chromatique la dispersion se produit?

Dans l'expérience du prisme triangulaire, la lumière du soleil (lumière composée) pénètre dans le verre à partir de l'air, puis pénètre dans l'air à partir d'un autre verre, qui est réfracté deux fois. Il est connu que tout tend à rechercher des profits. Lorsque la réfraction se produit, la lumière choisit le chemin le plus court et avance tout en minimisant la perte d'énergie. Grâce à l'expérience du prisme de Newton, nous savons que la lumière composite est composée de nombreuses lumières uniques de différentes couleurs. Ces lumières ont des longueurs d'onde différentes et l'énergie des différentes longueurs d'onde de la lumière est inégale. Les lumières avec différentes longueurs d'onde ont également des différences dans la façon de choisir l'itinéraire après la réfraction, de sorte qu'elles se «séparèrent» après être sorties du prisme.

Alors, pourquoi la lumière est-elle dispersée ? Il s'avère que ce sont les longueurs d'onde de la lumière qui provoquent la dispersion chromatique. Différentes longueurs d'onde de lumière ont différents indices de réfraction et différentes vitesses de propagation (chemins) dans différents milieux, ce qui entraînera inévitablement la dispersion de la lumière et la formation d'une dispersion.

La dispersion de la lumière montre que la vitesse de propagation de la lumière dans un milieu a une grande relation avec l'indice de réfraction. Plus l'indice de réfraction est élevé, plus la vitesse de la lumière est petite. Voici la formule :

V=C/N, C est la vitesse de propagation de la lumière dans le vide (constante à 300,000 XNUMX km/s) ; N est l'indice de réfraction du milieu à la lumière.

L'effet de chromatique dispersion

Bien que la dispersion puisse nous conduire à un monde coloré, la dispersion n'est pas si belle dans le domaine de la communication. La dispersion chromatique est l'un des facteurs importants conduisant à la perte lors de la transmission du signal optique dans la fibre optique. En effet, l'indice de réfraction de la lumière provoque une dispersion, et la dispersion amène l'impulsion optique à générer une interférence inter-symbole, ce qui entraîne un élargissement à l'extrémité de sortie.

Qu’est ce qu' élargissement?

L'élargissement est l'augmentation de la largeur spectrale de la lumière de différentes longueurs d'onde dans le milieu en raison des différents indices de réfraction qui conduisent à des vitesses de propagation différentes. En d'autres termes, lorsqu'un faisceau lumineux est transmis dans un milieu, certaines ondes lumineuses ont un indice de réfraction important, qui s'écarte sérieusement de la piste.

Certaines ondes lumineuses ont un petit indice de réfraction, et bien qu'elles soient tordues, elles peuvent se déplacer dans une direction donnée. Le manque d'harmonie des ondes lumineuses fait que la largeur de ce faisceau de lumière est plus grande qu'elle ne l'était avant d'entrer dans le milieu, ce qui entraîne un élargissement.

Dans le cas de la dispersion chromatique, plus la distance de transmission du signal optique est longue, plus la propagation est importante. Les résultats sont une distorsion du signal et une détérioration des performances du taux d'erreur sur les bits, qui affectent gravement la qualité de la transmission des informations. Comment éviter l'impact de la dispersion sur la communication ?

Comment éviter l'effet de chromatique dispersion?

Après une longue période d'exploration et de recherche, les gens ont trouvé une méthode de compensation pour équilibrer la perte de dispersion. La technologie de fibre de compensation de dispersion (DCF) est une méthode de compensation de dispersion hautement reconnue parmi diverses méthodes.

Dans un système de fibre monomode commun, la fibre a une dispersion positive élevée à une longueur d'onde de fonctionnement de 1550 nm. La caractéristique de la dispersion positive : à mesure que la longueur d'onde augmente, l'indice de réfraction diminue progressivement. Il est nécessaire d'ajouter une dispersion négative dans ces fibres pour la compensation afin de s'assurer que la dispersion totale de toute la ligne de fibres est approximativement nulle. La fibre de compensation de dispersion (DCF) est un nouveau type de fibre monomode principalement conçu pour la longueur d'onde de 1550 nm. DCF a une dispersion négative élevée à 1550 nm (la dispersion négative a les qualités opposées de la dispersion positive) et peut être utilisée pour la compensation de dispersion dans les systèmes à fibre monomode. Comme le montre la figure ci-dessous, la somme des dispersions positive et négative compensées se rapproche de zéro à 1550 nm.

Figure 3 : Schéma de principe de la compensation de dispersion de DCF

Voici la formule de DCF appliquée à la fibre monomode :

D(λs)L +Dc(λs)L c=0

D( λ s) est le coefficient de dispersion de la fibre monomode à la longueur d'onde de travail λ s ;

Dc( λ s) est le coefficient de dispersion de DCF à la longueur d'onde de fonctionnement λ s.

L et LC sont les longueurs de fibre monomode conventionnelle et DCF, respectivement.

Dans les applications pratiques, la DCF et la fibre monomode sont connectées en série dans la ligne de transmission pour compenser la dispersion positive de la fibre monomode à 1550 XNUMX nm. Ce faisant, la distance de relais est étendue et la perte réduite, et une communication à grande vitesse, à grande capacité et longue distance peut être obtenue. Comme indiqué ci-dessous:

Figure 4 : DCF et fibre monomode sont connectés en série

DCF présente les avantages suivants :

• L'effet de compensation est remarquable et le système fonctionne de manière stable.
• Facile à utiliser, la fibre de compensation peut être directement connectée au système de transmission pour réaliser une compensation ;
• La quantité de compensation de dispersion est contrôlable à la demande et peut être ajustée en fonction de la quantité de compensation réelle requise par le système de transmission

Au fur et à mesure que le signal optique se déplace plus longtemps sur la ligne de transmission, d'autres pertes se produiront, telles que l'atténuation de la ligne. Il est nécessaire d'envisager l'utilisation d'EDFA (amplificateur à fibre dopée à l'erbium) pour éviter l'atténuation de la ligne.