ي را موجب مي شوند.

حال به (شکل 3-12) نگاه کنيد.

شکل (3- 12) فيبر با هسته باريک

مغزي بسيار باريکتر بوده و تنها اجازه عبور يک پرتوي نور يا مد را مي دهد. اين امر موجب اتلاف انرژي کمتر شده و از پاشندگي که در سيستم هاي چند – مد رخ مي دهد جلوگيري مي کند.
پاشندگي رنگي: سرعت سير يک سيگنال نوري به طول موج آن بستگي دارد. اگر سيگنالي متشکل از چند طول موج باشد در اين صورت هر يک با سرعت متفاوتي حرکت مي کنند و باعث پخش و يا پراکنده شدن سيگنال مي گردند. همان طور که پيشتر نيز بيان شد، پاشندگي رنگي به دو صورت پاشندگي ماده و پاشندگي موجبر است.
پاشندگي ماده: اين حالت به اين دليل که طول موج هاي متفاوت نور درون فيبر نوري با سرعت هاي مختلفي سير مي کنند اتفاق مي افتد. براي به حداقل رساندن اين پديده دو عامل را بايد در نظر گرفت: اولين عامل تعداد طول موج هايي است که سيگنال ارسالي را تشکيل مي دهند. براي مثال يک LED ، گستره اي از طول موج هاي 30nm تا 180 nm را گسيل مي کند در حالي که ليزر، طيف باريکتري يعني کمتر از 5nm را گسيل مي کند. بدين ترتيب، سيگنال ليزري نسبت به سيگنال LED بسيار کمتر تحت تاثير اين پديده قرار مي گيرد.
دومين عامل که در ميزان پاشندگي ماده اثر دارد، ويژگي به نام طول موج مرکزي سيگنال منبع است. در مجاورت 850nm طول موج هاي بلند تر يعني قرمز سريعتر از طول موج هاي کوتاهتر يعني آبي حرکت مي کنند ولي در 1550 nm، اين حالت بر عکس مي شود و طول موج هاي آبي سريعتر حرکت مي کنند. البته در اين ميان نقطه اي وجود دارد که ميزان پاشندگي در آن به حداقل مقدار خود مي رسد که در گسترده nm1310 بوده و طول موج پاشندگي صفر30 ناميده مي شود. واضح است که اين نقطه، محل ايده آلي براي ارسال سيگنال داده ها است زيرا اثرات پاشندگي به حداقل مي رسد. همان طور که بعدا نيز خواهيم ديد، عوامل ديگري نيز اثر گذار هستند، در فيبرهاي تک- مد، پاشندگي ماده بسيار دردسر ساز است.
پاشندگي موجبر: به دليل متفاوت بودن ضريب شکست هاي غلاف و هسته فيبر، سرعت نور در هسته کمي کمتر از سرعت نور در غلاف است. اين امر منجر به پاشندگي مي شود ولي با تغيير طول موج به مقدار بخصوصي مي توان پاشندگي موجبر و ماده را به حداقل رساند.
فکر مي کنيد اين مطالب چه ارتباطي با انتقال سرعت بالاي صدا، تصوير و داده داشته باشد؟ اطلاع از اينکه در کجا پاشندگي و تضعيف نور صورت مي گيرد به مهندسان طراح نوري کمک مي کند تا با در نظر گرفتن نوع فيبر و مسافت و عوامل ديگري که بر شدت سيگنال ارسالي اثر مي گذارند، بهترين طول موج ارسالي را تعيين کنند. به منحني (شکل 3-13) نگاه کنيد که قلمروي انتقال نوري و همچنين نواحي بروز مشکل را نشان مي دهد.

شکل (3- 13) منحني تغييرات اتلاف بر حسب طول موج

تضعيف dB/km روي محور y و طول موج بر حسب نانومتر در راستاي محور x نشان داده شده اند.
توجه کنيد که چهار پنجره انتقال31 در نمودار وجود دارند. اولين پنجره در حدود 850nm، دومي 1310nm، سومي در 1550nm و چهارمي در 1625nm مي باشند. دو پنجره آخر باند L و باند C ناميده مي شوند. در ابتدا باند 850 nm به دليل تطابق آن با طول موج LED مورد استفاده قرار گرفت.
دومين پنجره در 1310nm از پاشندگي پايين برخوردار است. در اينجا اثرات پاشندگي به حداقل مي رسند. 1550nm يا به اصطلاح باند c موج ايده آل براي سيستم هاي دور برد مي باشد. در اين ناحيه افت و پاشندگي به حداقل مي رسد. باند L نسبتا جديد بوده و پنجره موثر ديگري محسوب مي شود. يک باند جديد به نام باند s نيز تحت بررسي مي باشد.
توجه کنيد که تفرق رايلي در 1000nm يا حدود آن رخ مي دهد در حالي که جذب هيدوکسي در 1240nm و 1390 nm صورت مي گيرد.
نيازي به ذکر اين مطلب نيست که طراحان شبکه از نقاطي روي منحني که تفرق رايلي رخ مي دهد اجتناب کردند. تفرق رايلي، افت زياد و جذب هيدوکسيل، بالاترين تاثير را در آن نقاط دارند. توجه داشته باشيد که در پنجره دوم نمودار، خط پاييني يا پاشندگي به حداقل مقدار مي رسد در حالي که در پنجره سوم، خط بالائي يا افت سيگنال به حداقل مقدار ممکن مي رسد. در حقيقت، در فيبر تک- مد در طول موج 1310nm پاشندگي به حداقل رسيده در حالي که در 1550nm افت به حداقل مقدار مي رسد. دراين صورت اين سوال مطرح مي شود: شما خواهان به حداقل رساندن کدام کميت هستيد، افت يا پاشندگي؟
خوشبختانه امروزه مجبور به اين انتخاب نيستيد. اکنون 32(DSF) ها بسيار متداول شده اند. مهندسان با اصلاح فرايند ساخت قادر به تغيير نقطه اي هستند که در آن حداقل پاشندگي از 1310nm تا 1550nm وجود دارد و در نتيجه قادر به تطابق آن به نقطه اي مي باشند که افت به حداقل مي رسد يعني افت و پاشندگي در يک طول موج رخ مي دهند. به همين دليل در فصلهاي بعدي پايان نامه از فيبر (DSF) و طول موج منبع نوري در حدود nm1550 استفاده مي کنيم.

3-4-4- اثرهاي غير خطي هاي فيبر
همان طور که تقاضاي بازار براي انتقال سيگنال به مسافت بيشتر با حداقل تقويت و تعداد طول موج هاي بيشتر در هر فيبر و در عين حال نرخ ارسال بيت هاي بالاتر و توان بيشتر، افزايش يافت يکسري عيوب تحت عنوان غير خطي هاي فيبر مهندسان را به چالش خواند. اين مشکلات فراتر از افت و پاشندگي بود و موانع اجرايي مهمي محسوب مي شدند.
دو موضوع اساسي منجر به اين غير خطي شدن گرديدند. موضوع اول ( و شايد مهمترين) اين حقيقت است که ضريب شکست هسته فيبر نوري رابطه مستقيمي با توان سيگنال ارسالي درون آن دارد. هر چقدر سيگنال ارسالي قوي تر باشد، اختلال نيز بزرگتر خواهد بود. به دليل اين رابطه، براي به حداقل رساندن مشکل قوي دو کار را بايد در نظر گرفت. اولين اقدام به حداقل رساندن توان ارسالي سيگنال است که ظاهرا باعث کاهش افت سيگنال مي شود. عيب اينکار در اين است که مسافت انتقال را محدود کرده و روش مطلوبي به حساب نمي ايد زيرا توان کمتر به معناي اين است که براي مسير هاي دور- برد بايد از تقويت کننده هاي بيشتري استفاده نمود. خود تقويت کننده ها نيز مشکل ديگري را ايجاد مي کنند. راه حل دوم که قابل قبول تر است به حداکثر رساندن سطح موثر فيبر33 است که مقياسي براي سطح مقطع عرضي هسته فيبر حامل سيگنال ارسالي مي باشد. با افزايش سطح موثر فيبر، توانائي فيبر در جمع آوري سيگنال افزايش يافته و نياز براي سيگنال بسيار قوي کم تر مي شود ]19[.
رابطه ويژه بين توان انتقال و ضريب شکست محيط موجب سه نوع پديده غير خطي نوري مي شود: مدولاسيون خود- فاز (SPM)34، مدولاسيون فاز متقاطع 35(XPM) و مدوله سازي متقابل.36
مدولاسيون خود- فاز (SPM) : اگر مدولاسيون خود- فاز رخ دهد، پاشندگي رنگي باعث ايجاد مشکل مي شود. در هنگام حرکت پالس نور در طول فيبر، لبه ابتدايي فيبر، ضريب شکست مغزي را افزايش داده و باعث تغيير به سمت رنگ آبي طيف مي شود. از طرف ديگر لبه انتهايي فيبر ضريب شکست مغزي را کاهش داده و باعث تغييري در جهت رنگ قرمز طيف مي شود. اين پديده باعث پراکندگي يا پخش سيگنال ارسالي مي شود. پديده فوق در سيستم هاي فيبري رخ مي دهد که يک پالس سيگنال را در فيبر انتقال دهند و به مقدار پاشندگي رنگي فيبري بستگي دارد. هر چقدر پاشندگي رنگي بيشتر صورت گيرد، SPM بيشتري نيز ايجاد مي شود. با استفاده از فيبرهايي که سطح موثر بزرگتري دارند مي توان با اين پديده مقابله کرد.
مدولاسيون فاز متقاطع (XPM): هنگامي که چند سيگنال نوري از درون يک هسته فيبر عبور مي کنند، هر يک نسبت به ميزان توان خود، ضريب شکست را تغيير مي دهند. اگر حالتي پيش بيايد که سيگنال ها همديگر را قطع کنند (بهم برخورد کنند)، باعث تغيير شکل (اعوجاع) يکديگر مي شوند. اگر چه XPM مشابه SPM است ولي يک تفاوت مهم دارد: مدولاسيون خود- فاز مستقيما تحت تاثير پاشندگي رنگي است ولي مدولاسيون فاز متقاطع کمي تحت تاثير پاشندگي رنگي قرار مي گيرد. براي کاهش اثر XPM بايد از فيبرهايي با سطوح موثر بزرگ استفاده کرد.
اثرات مدوله سازي متقابل: همان طور که مدولاسيون دو فازه از تداخل همزمان چند سيگنال ايجاد مي شود، مدولاسيون متقابل باعث ايجاد فرکانس هاي ثانوي که محصول جانبي سيگنال اصلي محسوب مي شوند مي گردد. فيبر هاي داراي سطح موثر بزرگ مي توانند اثرات ناخوشايند مدولاسيون متقابل را کاهش دهند.

3-4-5- مشکلات پراکندگي
پراکندگي در شبکه سيليسي دومين اختلالي محسوب مي شود که دو اثر غير خطي مهم دارد پراکندگي تحريک شده بريلوئن (SBS) و پراکندگي تحريک شده رامان (SRS).
پراکندگي تحريک شده بريلوئن SBS: (SBS) پديده اي است که با توان سيگنال ارتباط دارد. تا زماني که توان سيگنال نوري ارسال شده کمتر از حد آستانه يعني در حدود 3 ميلي وات باشد، SBS مشکلي محسوب نمي شود. حد آستانه به سطح موثر فيبر بستگي دارد و به دليل اينکه DSF سطح موثر کمتري دارد حد آستانه آن ها پايين تر است، به علاوه حد آستانه متناسب با پهناي پالس ليزري اوليه نيز مي باشد. با پهن شدن پالس، حد آستانه افزايش مي يابد. بدين ترتيب از چند تکنيک براي گسترده نمودن پالس ليزري استفاده مي شود. با اينکار حد آستانه تا 40 ميلي وات افزايش مي يابد.
SBS از تاثيرات متقابل سيگنال نوري درون فيبر با ارتعاشات اکوستيکي شبکه سيليسي سازنده فيبر ايجاد مي شود. رزونانس شبکه سيليسي باعث مي شود که قسمتي از سيگنال دوباره به سمت منبع سيگنال منعکس شود که اين امر منجر به نويز، افت سيگنال و کاهش نرخ ارسال بيت کلي سيستم مي گردد. اگر توان سيگنال فراتر از حد آستانه باشد قسمت اعظم سيگنال منعکس مي شود که منجر به افزايش حالت فوق مي شود.
بايد توجه داشت که در حقيقت دو نوع پراکندگي بريلوئن وجود دارد. اگر ميدان هاي الکتريکي نوسان کننده درون فيبر نوري با رزونانس اکوستيکي طبيعي ماده فيبر اثر متقابل بر هم داشته باشند، توزيع معکوس نور ايجاد مي شود. اين پديده پرا کنش بريلوئن نام دارد. در صورتي که ميدان الکتريکي از خود سيگنال نوري حاصل شده باشد، خود سيگنال اين پديده را باعث مي شود که در اين حالت نيز پراکندگي تحريک شده بريلوئن نام مي گيرد.
خلاصه: SBS به دليل توزيع معکوس، مقدار نوري را که به گيرنده مي رسد کاهش داده و سبب اختلالات نويز مي شود. اين مشکل در بالاي حد آستانه سريعا افزايش يافته و اثر بدتري بر طول موج هاي بلندتر نور دارد. حقيقتي ديگر آمپلي فايرهاي موجود در خط نوري از قبيل آمپلي فايرهاي فيبري اربيوم (EDFA)37 (منظور از اربيوم همان عنصر Er است) که باعث افزايش اين مشکل مي شوند. اگر چهار آمپلي فاير نوري در طول يک فاصله نوري وجود داشته باشند، حد آستانه تا يک چهارم کاهش مي يابد. راه حل جلوگيري از SBS استفاده از ليزرهاي داراي پالس پهن تر و فيبرهاي داراي سطح موثر بزرگتر است.
پراکندگي تحريک شده رامان SRS: (SRS) مشکلي است که از تداخل سيگنال ها ايجاد مي شود. در SRS کانالهاي توان- بالا و داراي طول موج کوتاه، توان را به کانال هاي ضعيف تر و داراي طول موج کوتاه تر وارد مي کنند. اين پديده هنگامي رخ مي دهد که يک پالس نوري متحرک در فيبر با شبکه کريستالي سيليس بر هم اثر گذاشته و باعث ايجاد توزيع معکوس شده و طول موج پالس کمي تغيير کند. SBS پديده پراکندگي وارونه محسوب مي شود در حالي که SRS يک پديده دو طرفه بوده و سبب پراکندگي وارونه و تغيير طول موج مي شود که نتيجه نيز تداخل کانال هاي مجاور مي باشد.
نکته مثبت اين موضوع اين است که SRS در توان هاي بالا نزديک به يک وات رخ مي دهد. بعلاوه با

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید