光通信における色分散にどう対処するか？

300 年以上前、晴れた午後、ニュートンはそのようなゲームを考案しました。

図1: プリズムによる光の屈折

彼はプリズムに太陽を当てました。 プリズムを透過した光は、赤、オレンジ、黄、緑、青、青、紫の光で構成されるリボン状に広がり、部屋のカーテンに投影されます。 このようにして、一見透明な太陽光がプリズムを通して驚くべき色の帯に変化します。

その後、ニュートンはカーテンの中央に縦のスリットを開け、カーテンの後ろに第XNUMXのプリズムと第XNUMXのカーテンを設置しました。 第一プリズムを回転させて七本のリボンを順番に第一幕の隙間に投影し、さらに第二プリズムを通して後幕に投影した。 奇跡が起こりました。光がさまざまな単色に分解され、後幕に現れました。 回路図を以下に示します。

図 2: 光の第 XNUMX 屈折

ニュートンはプリズムを使って謎を解明しました。光は分散できるのです。 それが現在、光の色分散と呼ばれるものです。

どのように 有彩色 分散が起こる？

三角プリズムの実験では、太陽光（複光）が空気からガラスに入り、さらに別のガラスから空気に入り、２回屈折します。 すべてのものは利益を追求する傾向があることが知られています。 屈折が起こると、光は最短経路を選択し、エネルギー損失を最小限に抑えながら前進します。 ニュートンのプリズム実験から、複合光は異なる色の多数の単一光で構成されていることがわかります。 これらの光は異なる波長を持っており、異なる波長の光のエネルギーは不均一です。 波長の異なる光は屈折後のルートの選び方にも違いがあり、プリズムを出た後に「別れ」ます。

では、なぜ光は散乱するのでしょうか？ 色分散を引き起こすのは光の波長であることがわかりました。 光の波長が異なれば、媒質内での屈折率や伝播速度（経路）も異なるため、必然的に光は分散的に広がり、分散が形成されます。

光の分散は、媒質中の光の伝播速度が屈折率と大きな関係があることを示しています。 屈折率が大きいほど、光の速度は遅くなります。 式は次のとおりです。

V=C/N、C は真空中の光の伝播速度 (300,000 km/s で一定)。 N は光に対する媒体の屈折率です。

の効果 有彩色

分散は私たちをカラフルな世界に導きますが、コミュニケーションの分野では分散はそれほど美しくありません。 波長分散は、光ファイバーにおける光信号伝送中の損失につながる重要な要因の XNUMX つです。 これは、光の屈折率により分散が生じ、その分散により光パルスが符号間干渉を起こし、出力端の広がりが生じるためである。

何ですか 拡大?

広がりとは、異なる屈折率により異なる伝播速度がもたらされるため、媒質内で異なる波長の光のスペクトル幅が増加することです。 言い換えれば、光ビームが媒体中を伝送されるとき、一部の光波は大きな屈折率を持ち、滑走路から大きく逸脱します。

一部の光波は屈折率が小さく、曲がっていても一定の方向に進むことができます。 光波の不調和により、この光ビームの幅が媒体に入る前よりも大きくなり、その結果、広がりが生じます。

波長分散は、光信号の伝送距離が長くなるほど広がりが大きくなります。 その結果、信号の歪みやビット誤り率の性能低下が生じ、情報伝送の品質に重大な影響を及ぼします。 コミュニケーションへの分散の影響を回避するにはどうすればよいでしょうか?

の影響をどう回避するか 有彩色 分散？

長期間にわたる探索と研究の結果、人々は分散損失のバランスをとる補償方法を発見しました。 分散補償ファイバ（DCF）技術は、数ある分散補償方式の中でも最も認知度の高い分散補償方式です。

一般的なシングルモード ファイバ システムでは、ファイバは 1550 nm の動作波長で高い正の分散を持っています。 正分散の特性：波長が長くなるにつれて、屈折率は徐々に減少します。 ファイバ ライン全体の合計分散がほぼゼロになるように、補償のためにこれらのファイバに負の分散を追加する必要があります。 分散補償ファイバ（DCF）は、主に1550nmの波長向けに設計された新しいタイプのシングルモードファイバです。 DCF は 1550nm で高い負の分散を持ち (負の分散は正の分散とは反対の性質を持っています)、シングルモード ファイバ システムの分散補償に使用できます。 下の図に示すように、補償された正と負の分散の合計は 1550nm でゼロに近づきます。

図 3: DCF の分散補償の概念図

シングルモード ファイバに適用される DCF の公式は次のとおりです。

D( λs)L +Dc(λs)L c=0

D( λ s ) は、使用波長 λ s におけるシングルモード ファイバの分散係数です。

Dc( λ s ) は、動作波長 λ s における DCF の分散係数です。

L と LC はそれぞれ従来のシングルモード ファイバと DCF の長さです。

実際のアプリケーションでは、DCF とシングルモード ファイバは伝送路内で直列に接続され、1550nm でのシングルモード ファイバの正の分散を補償します。 これにより、中継距離の延長と損失の低減を実現し、高速・大容量・長距離通信を実現します。 以下に示すように:

図4: DCFとシングルモードファイバは直列に接続されています

DCF には次の利点があります。

• 補償効果は顕著であり、システムは安定して動作します。
• 操作が簡単で、補償ファイバーを伝送システムに直接接続して補償を実現できます。
• 分散補償の量はオンデマンドで制御可能であり、伝送システムが必要とする実際の補償量に応じて調整できます。

光信号が伝送路上をより長く伝わると、回線減衰などの他の損失が発生します。 回線減衰を避けるためにEDFA（エルビウムドープファイバアンプ）の使用を検討する必要があります。