הבנת ההשפעה של פיצויי דיספרסציה ב- Optical Acceptrs

מערכות תקשורת אופטיות מהוות את הבסיס של רשתות נתונים גלובליות, תמיכה בכל דבר מסטרימינג וידאו לענן מחשוב ומחקר מדעי.כפי ש-Plapb דורש להמשיך לעלות, מהנדסים חייבים להתגבר על גבולות פיזיים יסודיים שמדרגים את איכות האותות לאורך מרחקים ארוכים.בין האתגרים הללו, פיזור כרומוזומטי בולט כמכשול עיקרי לפיזור מהיר, ארוך טווח של ביצועים אופטיים, ומגבלות על תפקוד אופטיים, ותוצאות אלה, ותוצאות של נתונים, על יעילות.

פיזור Chromatic עולה כי אינדקס השבירה של זכוכית סיליקה תלוי אורך הגל של אור.ב סיבים חד-פעמי סטנדרטי, רכיבים ספקטרליים שונים של נסיעה הדופק המועבר מעט שונה מהירויות קבוצתיות.התוצאה היא הדופק להרחיב: האנרגיה שנרשמה בחלון זמן צר מתפשטת, מה שגורם ל bits סמוכים לחפוף נתונים של 10b/s, ואפילו מעל לפיזור נכון של ק"מ, אפילו לאחר תזמון של תזמון.

תוצאות של Chromatic Dispersion

מקור פיזי ומתמטיקה

פיזור Chromatic בסיבים אופטיים יש שני תורמים עיקריים: פיזור חומרים ופיזור גל. תוצאות פיזור חומרי מן מדד קירור תלוי גל באורך תלוי של הליבה הסיבים, בעוד פיזור גל נובע מן התלות של מצב propagation קבוע על אורך גל וגיאומטריה. ב סיבים חד-פעמי סטנדרטי, פיזור חומרים שולט, במיוחד ב-1550 Nm המשמש להעברת ארוך.

(ב) פרמטר הפיזור (FLT:0) [15] [17] ,(ב) ,(ב) ,(ה) פרמטר פרמטר ספקטרום ה-340 (מ- ;2) , אורכו של תפוצה (ב) ,(ה) [15] , ⁇ ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מערכות מהירות גבוהות מודרניות, כגון 400 Gb / של קישורים קוהרנטיים באמצעות הקצאת שלב כפול-קוטב של שלב (DP-QPSK) או 16-רי quadrature amplitude Modulation (16-QAM), יש רוחב הדופק קצר מאוד.עבור שיעור סמל 64 Gbaud, תקופת הסמל היא בערך 15.6 ps, ו uncompensatedפיזור יכול להשלים רק כמה קילומטרים לאחר אופציונלית.

השפעה על אינטגרity אותות

ההשפעה העיקרית של פיזור כרומוזומטי על מקלט אופטי היא הפצת זמן של הדופקים האופטיים.במערכת פיזור ישיר בעל עוצמה (IM-DD) מערכת, המקלט משלב את הכוח האופטי המיידי של גלי גלי גלי גלי גלית גלית, מעגל ההחלטות אינו יכול להבחין בין "1" לבין "0" בנקודה המפרקת אופטימלית של העין.

עבור מקלטים קוהרנטיים, פיזור הוא לעתים קרובות פיצוי דיגיטלית באמצעות שווים, אבל הקצה האנלוגי של החזית האופטונואלקטרוניקה עדיין יתרונות של פיצוי פיזור אופטי כדי להפחית את דרישות הטווח הדינמי של המרמרים האנלוגיים-לספרטיים (ADCs) בכל המקרים, הרגישות של המקלט היא פונקציה חזקה של הפיזור המצטבר. 10 Gb / מקלטים טיפוסי יכול לסבול כמה מאות / פיזור גבוה יותר.

שיטות לחיקוי: מבט IN-Depth

Dispersion-Compensating סיבים (DCF)

DCF הוא סיבים מעוצבים במיוחד המציגים פיזור שלילי (אנומי) ב-1550 nm, בדרך כלל בטווח של −80 עד −160 ps /nm / ק"מ. על ידי פיזור של DCF לתוך קו השידור, הפיזור החיובי המצטבר של הסיבים הסטנדרטיים ניתן לבטל.

עם זאת, DCF מציגה אובדן שילוב משמעותי (0.5-0.7 dB/ ק"מ), דורש תוספת של הדגימה אופטית, ומוסיף עונשים לא ליניאריים אם הכוח להיכנס ל- DCF גבוה מדי.העיצוב של מפת פיזור המבוססת על DCF חייב לאזן את הפיזור השוני לכל אורך, מגבר מפיץ מחדש, ולא סובלנות לינארית.

סיבים אמיצים (FBG)

סיבים צ'ירגו גרינגס מחולקים רפלקורים שבהם התקופה המשגשגת משתנה ליניארי לאורך הסיבים. אורכי גל שונים משקפים בנקודות שונות במצוץ, ויוצרים עיכוב קבוצתי מבוקר. A chirped FBG עם שיפא חיובי (זמן ארוך יותר בסוף הקלט) מייצר פיזור שלילי, ביטול הפיזור החיובי של הסיבים.

FBGs מציעים גודל קומפקטי, אובדן כניסה נמוך (בדרך כלל < 0.5 dB), ואת היכולת לפצות ערוצים מסוימים באורך גל במערכת WDM. הם אטרקטיביים במיוחד עבור רשתות מטרו וגישה שבו העלות והטביעה הם קריטיים. tunable FBGs עם אדזואלקטרי או פועל תרמי המיוצרים מאפשר פיזור דינמי, אשר שימושי עבור תצורה אופטית מוגברת של מספר רב של פסים (גם), גם כן, למעט pGSTD (אך) הוא לא מוגבל של פגום (אך).

פיצויים אלקטרוניים (EDC)

EDC מתייחס לטכניקות עיבוד אותות המיושמות בתחום החשמלי לאחר צילום.במקבלים קוהרנטיים, עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) כולל פיזור chromatic השווהizer המשתמש תגובה אימפולס סופי (FIR) או פילטרים בתדר שווה למנוע את הפונקציה העברת הפיזור ליניארי.עבור מקלטים ישירות, EDC הוא פחות יעיל בגלל שלב הצילום / מעכבי ראייה שווים (IFF) אך עדיין יכול להפחית את הפונקציה העברה שווה (DEF) באמצעות פיזור (IFF) דרך פיזור מיידי (Diped) או פיזור).

היתרון של EDC הוא כי זה לא דורש רכיבים אופטיים נוספים, צמצום עלויות ומורכבות. טרנסג'נדרים מודרניים עבור 100 Gb /s ומעבר להסתמך לחלוטין על פיצויי פיזור מבוסס DSP, ביטול הצורך עבור DCF או FBGs בקו אופטי. עם זאת, EDC מטילה צריכת חשמל משמעותית ועונש על ענישה לעקביות: תהליך DSP חייב לסמל עד 100 + FBGO עדיין רזולוציה אופטית של 8GC.

חלופות וגישות היברידיות

הדבקה בשלב אופטי (OPC) משתמשת בגורם לא ליניארי לטווח בינוני (למשל, סיבים לא ליניאריים מאוד) כדי ליצור עותק מגובש של האות, אשר לאחר מכן propagates עם פיזור הפוך.OPC יכול לפצות בו זמנית פיזור וכמה אפקטים לא ליניאריים.עם זאת, יישום מעשי נשאר מאתגר בשל הצורך במשאבה גבוהה והיערכות מדויקת.

גישה נוספת היא השימוש ב solitons מתפזר, שבו איזון בין פיזור לבין אי-לינאריות שומר על צורת הדופק על פני מרחקים ארוכים. מערכות מבוססות סוליטון דורשות ניהול כוח זהיר והם רגישים לרעש וריאציות פרמטרים.

בפועל, מערכות רבות משלבות שיטות פיצוי מרובות.לדוגמה, קישור ארוך טווח עשוי להשתמש DCF לכל אורך כדי לשמור על פיזור חיסוני נמוך, עם FBG במקלט עבור כוונון עדין, ו- EDC במבקש הסגור לטפל בכל אי התאמה שנותר.ה הבחירה תלויה עלות, שיעור נתונים, עלייה, שדרוג יכולת.

ההשפעה של פיצוי על ביצועים אופטיים

רגישות מוגברת וצמצום כוח הפין

ההשפעה הישירה ביותר של פיצוי פיזור יעיל היא שיפור הרגישות של המקלט.עבור שיעור שגיאה מעט נתון (בדרך כלל 1003FLT:0-1212-12-03FLT:1), ממוצע המתקבל כוח אופטי מופחת.ללא פיצוי, מקלט 10 Gb / s עשוי לסבול עונש כוח של 2-3 dB לאחר 80 ק"מ של סיבים סטנדרטיים.

פיצויי דיספרסון גם מרחיבים את פתיחת העין.סגר העין האנכי משתפר, ואת הג'יטר (הגוון הtiming) יורד.זה מאפשר שחזור של שעון-הנתונים של המקלט (CDR) כדי לנעול באופן אמין יותר וביחסי אות אופטיים נמוכים יותר (OSNR). עבור מקלטים קוהרנטים, השווי של DSP יכול לפעול עם פחות קליקים, נמוך יותר כוח אם הוא מוקדם יותר.

העלאת שיעורי נתונים גבוהים יותר ו- Longer Reaches

השילוב של פורמטים מתקדמים ופיצוי פיזור הוביל את האבולוציה של תחבורה אופטית מ 10 Gb /s עד 400 Gb /s ומעבר. לדוגמה, 100 Gb / DP-QPSK אות דורש פיזור סובלנות של רק על 010 ספקטרום nm spectral רוחב, אבל הפיזור המצטבר מעל 1000 ק"מ הוא בערך 17,000 ps / nm ללא פיצוי, ADC דורש מהירויות גבוהות יותר מ- 12.

בכבלי צוללות, שבו מגבר ספיגה מוגבל וכוח חשמלי הוא בקושי, פיצוי פיזור אופטי נשאר חיוני. שרשראות חוזרות צוללות לעתים קרובות להשתמש DCF בכל דיור חוזר כדי לשמור על מפת פיזור מנוהלת. הרגישות של המקלט מוגבלת אז בעיקר על ידי פליטה ספונטנית ספונטנית מוגברת (ASE) רעש ולא לינאריות, לא פיזור זה מאפשר יכולת גבוהה יותר של 20b / סיבים מעבר לטרנטיבות.

אינטראקציה עם אחרים

פיצויי דיספרסון אינם פועלים בבידוד.מפת הפיזור האופטימלית חייבת לקחת בחשבון את הסיבים שאינם לינאריות, פיזור מפולקליזציה (PMD), ורעש מגבר (לדוגמה, סיבים בעלי נטייה גבוהה (כגון G.653 או G.655) מקטין את הפיזור של 4-

מקבלים עם שוויון דיגיטלי יכולים להתאים לא ליניאריות במידה מסוימת, אבל זה דורש אלגוריתמים מורכבים גבוהה (למשל, החזר דיגיטלי). פיצוי אופטי מפחית את הנטל הלא ליניארי על המקלט, ומאפשר DSP פשוט יותר וכוח נמוך יותר.

שיקולים מעשיים ליישום פיצויי דיספרסציה

עיצוב מערכת ומרדין אללוק

בעת תכנון קישור אופטי, פיצוי פיזור חייב להיות מתוכנן לתנאי הגרוע ביותר.שינויים בטמפרטורות, ההזדקנות של סיבים ורכיבים, וסחף באורך גל יכול לשנות את פרופיל הפיזור.מערכת מעוצבת היטב מקצה פיזור, לעתים קרובות נמדד ב ps /nm, כי המקלט יכול לסבול.עבור מערכות IMDD, מטרה טיפוסית היא לשמור על פיזור חי < 100 / mn עבור 10 / mn עבור מספר ân / â ¢ ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â â ¢ ¢ â â ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ â â ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢

בקישורים רב-ספציפיים, אסטרטגיה נפוצה היא "מיפוי של דיספרסיון", שבו הפיזור של כל פרקי הסיבים מתגמלת חלקית בסוף התקופה, מה שהשאיר שאריות קטנות.על פני מספר רב, החייאה מצטברת עד המקלט. גישה זו מאזן אי-לינאריות ו-OSNR. לדוגמה, מפה טיפוסית עשויה להשתמש ב-95% פיצויי טווח, מהשאיר 5% כדי לפצות על המקלט הזה.

בחירה ועלויות

DCF הוא יקר יחסית ויכול לצרוך שטח צריף משמעותי.מודולים DCF טיפוסי יש יחס ארוך לחיוב של בערך 1:5 (1 ק"מ של DCF לפצות 5 ק"מ של סיבים סטנדרטיים) עבור קישור 1000 ק"מ, זה דורש 200 ק"מ של DCF, הוספת עלות משמעותית והפסד. tunable FBGs הם קומפקטיים יותר אבל בדרך כלל רק לפצות כמה ערוצים, כך 96 דונם עשוי להיות מ-xr עבור חסכוני עכשיו, כמו גם מ-D.

ההחלפה בין פיצוי אופטי ואלקטרוני לעתים קרובות תלויה בתשתיות הקיימות. מפעילי רשת עם מערכות מורשת 10G עשויים להמשיך להשתמש DCF, בעוד חדש בונה עבור 400G עשוי להסתמך רק על DSP קוהרנטי יכול להקל על המעבר: לדוגמה, כרטיס קו 400G עשוי לכלול גם מודול טרום-התאמה אופטי כדי להפחית את הנטל על DSP ופיזור טונה בקופה במקלט משותף.

בדיקות ותחזוקה

מודולי פיצוי Dispersion דורשים בדיקות תקופתיות כדי להבטיח שהם פועלים בתוך מפרט. מדידות פיזור Chromatic באמצעות שיטות מעצורים בשלב או שיטות זמן-of-טיס לאמת את דיוק הפיצויים.עבור DCF, אובדן ההכנסה צריך להיות במעקב כפי שהוא יכול להגדיל בשל התכה או מיקרו-bending הלחץ. עבור FBGs, גל הראשי ועיכוב קבוצתי חייב להיבדק, כמו הטמפרטורה יכול לנסחף עם לחץ על ידי תיקון עצמי.

מגמות עתידיות בניהול דיספרסיון עבור מקבלי אופטי

Machine Learning and Fitive Equalization

אלגוריתמי למידת מכונות נחקרים על פיצויי פיזור הסתגלות במקלטים.רשתות נילי יכולות ללמוד את תגובת הערוץ הלא ליניארית לפצות על פיזור ולא לינאריות במשותף.למרות שעדיין בשלב המחקר, גישות כאלה מבטיחות לפשט את עיצוב המקלט ולשפר את הסובלנות לתנאי הקישור השונים.לדוגמה, רשת עצבית חוזרת (RN) יכולה להשוות בין 10 Gba PAM-4 לסימן דומה לפיזור קישורים דומה עם מורכבות מקודמת.

תמונות משולבות ופוטניקה

פוטוניקה הסיליקון מציעה דרך לשלב פיזור קומפרסטורים ישירות על השבב המקלט. WavePSK Bragg gratings, resonators טבעת, ו מאך-Zehnder interferometers יכול לספק פיזור טונה ב טביעת רגל קומפקטית.חברות מתפתחות מקלטים פוטוניים הכוללים סעיף פיצוי פיזור, צמצום הצורך עבור מודולים אופטיים חיצוניים.

מעבר לדיספרסיומטי: הזדמנויות למילוי אווירי משולב

מערכות אופטיות עתידיות יחייבו פיצוי סימולטי של מספר פגמים: פיזור chromatic, פיזור קוטב-מודד, עיוות לא ליניארי, ואולי גם ג'ייטר תזמון מאוחד או גישה אופטית המטפלת בכל ההשפעות הללו יהיה חיוני לדרג לקישורים של terabit-per-II.מחקר על "ארבעה-דומיין" עיבוד אופטי באמצעות מודטורים אור מרחביים או גבישים על סיליקון (LC) יכול להתאים את שלב הפיזור ומאפשר של סינון ותדירות של כל שלב בלתי-מפוסלארי.

בטווח הארוך יותר, מקלטים קוונטיים עשויים לדרוש פיצויי פיזור שמשמרים את קוהרנטיות של המדינה הקוונטית.בעוד שזהו אזור נישה, זה מדגיש כי ניהול הפיזור יישאר משמעת הנדסית חיונית כמו טכנולוגיות פוטוניות מראש.

מסקנה

פיצוי דיספרסיון אינו רק פרט טכני בעיצוב מקלט אופטי; הוא מאפשר יסוד של שפע גבוה, תקשורת ממושכת-reach הבנה של פיזור chromatic וניהול הפיצויים שלו - בין אם באמצעות פיזור סיבים, סיבים, סיבים Braggings, שוויון אלקטרוני או גישות היברידיות - מאפשר מהנדסי רשת לעצב, קישורים מאובטחים עתידיים בחירה של שיטות תלויות, מרחק, מגבלות עלות ספציפיות, ורמת דיוק, נתונים, או שיטות מדידה.

בעוד התעשייה נעה לכיוון 800 Gb /s ו-1.6 Tb / אות, הממשק בין פיזור לבין ליקויים אחרים יהיה אפילו קריטי יותר.המשך חדשנות בשני מרכיבים אופטיים ו עיבוד אותות דיגיטליים יבטיח כי מקלטים אופטיים לשמור על קצב עם הביקוש הבלתי-מסוגל עבור רוחב פס. עבור כל מי שמעורב ברשת אופטית, תפיסה מוצקה של עקרונות פיצוי פיזור הוא חיוני לקבלת החלטות עיצוב מושכלות ופתרון ביצועים.

(ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]]][ה]]] [ה]][דרוש]]]] [ה]]] [התחילה] [ה] [ה]]], [התחילה] [ה] [ה] [ה]]]]] [הה[ה[ה]]]]] [ה[ה]]]]]]]] [ה[ה]] [ה[ה[ה]]]]]] [ה[ה]] [ה] [ה] [ה[ה]]]]] [ה]] [ה]]]]]]] [ה]] [התחילה[ה[ה[ה]]]]] [ה] [ה] [ה] [ה[ה] [ה]]]] [ה] [ה]]] [ה] [ה]]]] [ה] [ה]]] [ה[ה]]]]]]]]]]] [ה[ה'[ה]]] [ה'[