بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهينه سازي مشخصه پاشندگي فيبرنوري نوع WII توسط الگوريتم ژنتيک
چکيده - در اين مقاله به بررسي پاشندگي فيبر نوري تک مد داراي سه لايه پوسته (WII) مي پردازيم . براي اين منظور پارامترهاي نوري و مکاني ساختار مورد نظر را تعيين و معادلات مشخصه را بر اساس آنها استخراج مي کنيم . در نهايت براي بهينه سازي منحني پاشندگي بدست آمده از روشهاي الگوريتم ژنتيک استفاده و پا شندگي را در طول موج مورد نظر به حداقل مي رسانيم .
کليد واژه – فيبر نوري ، پاشندگي ، الگوريتم ژنتيک
مقدمه
نسل جديد شبکه هاي مخابراتي به سمت شبکه هاي مخابرتي تمام نوري سوق پيدا مي کند. در واقع به منظور دستيابي به سرعت هاي بالاي انتقال داده ها نياز به شبکه هاي مخابراتي تمام نوري کاملاً احساس مي شود. براي تحقق اين شبکه ها يک پشتوانة فيزيکي مناسب لازم است . فيبر نوري سيليکاني شايد تنها و بهترين گزينه براي تحقق اين امر باشد.
پاشندگي و شيب پاشندگي فيبر نوري از مهمترين عوامل ايجاد کنندة محدوديت براي داشتن ظرفيت و سرعت بالا براي چنين شبکه هايي خواهد بود. در فيبرهاي نوري معمولي ، پاشندگي با افزايش طول موج افزايش مي يابد. از اين رو بکارگيري چنين فيبرهايي براي کاربردهاي مخابراتي چند کاناله از قبيل OTDM و DWDM مناسب نمي باشد، چرا که پهناي پالس هر کانال با مقدار متفاوت ازبقيه پهن تر مي شود. يک فيبر نوري مناسب که ويژگي هايي از قبيل مقدار پاشندگي و شيب پاشندگي بسيار کوچک و منحني پاشندگي بسيار تخت و هموار در بازة طول موج را داراست ، براي چنين سيستمهايي ايده آل مي باشد. اين چنين فيبرهايي پهناي باند بسيار بزرگ و سرعت بالايي دارند[١]. براي سيستمهاي مخابراتي که تک موج کار مي کنند فيبر نوري با پاشندگي انتقال داده شده کافي مي باشد اما براي سيستمهاي مخابراتي چند کاناله از قبيل DWDM و OTDM اين نوع از فيبرها براي انتقال داده ها با سرعت و ظرفيت بالا، مناسب نمي باشد و بايد از فيبرهايي که داراي منحني پاشندگي تخت و مقدار پاشندگي بسيار کوچک در بازة کاري طول موج مورد نظر مي باشد، و به عبارت ديگر، فيبرها با پاشندگي مسطح شده ، استفاده نمود. در اين مقاله به بررسي پاشندگي فيبر نوري تک مد داراي سه لايه پوسته (WII) مي پردازيم . براي اين منظور پارامترهاي نوري و مکاني ساختار مورد نظر را تعيين و معادلات مشخصه را بر اساس آنها استخراج مي کنيم . در نهايت براي بهينه سازي منحني پاشندگي بدست آمده از روشهاي الگوريتم ژنتيک استفاده و پا شندگي را در طول موج مورد نظر به حداقل مي رسانيم [٢] ,[٣].
روش آناليز:
پروفايل ضريب شکست فيبر نوع WII در شکل ١ ارائه شده است . ضريب شکست هر لايه از اين فيبر به صورت زير مي باشد.
در رابطه فوق r شعاع فيبر مي باشد. بر اساس رابطه ضريب شکست موثر که به صورت مي باشد
( ثابت انتشار طولي مد هدايت شده و٠ k عدد موج در خلا) ساختار WII مي تواند به دو بخش که در شکل ١ نشان داده شده تقسيم شود.
شکل ١. ساختار WII.
بر اساس معادله موج و شرايط مرزي ميدان الکترومغناطيسي معادلات مشخصه در دو نا حيه به صورت روابط حاصل مي شود. که توابع بسل و بسل اصلاح شده هستند. پارامترهاي استفاده شده در روابط (٢),(٣) به صورت زير تعريف مي شوند.
پارامترهاي مکاني ساختار به صورت زير تعريف مي شوند
پارامترهاي نوري عبارتند از
فرکانس نرماليزه شده عبارت است از
و ثابت انتشار نرماليزه
مقدار پارامتر نوري R2 تعيين کننده نوع فيبر مي باشد به طوري که بيانگر فيبر نوع WI و بيانگر فيبر نوع WII مي باشد.
بر اساس تعريف پاشندگي رنگي ، ضريب پاشندگي D به صورت زير تعريف مي شود
که ضريب گروهي خارجي ترين لايه clad مي باشد و از رابطه Sellmeier محاسبه مي شود.
شبيه سازي ساختار WII
منحني هاي مربوط به پاشندگي موجبر ، پاشندگي ماده و پاشندگي کل به ترتيب در شکل هاي (٢)، (٣) و (٤) آورده شده اند. هانطوريکه شکل (٤) نشان مي دهد پاشندگي کل مجموعي از پاشندگي موجبر و پاشندگي ماده مي باشد [٤],
شکل ٢ :منحني تغييرات پاشندگي موجبر بر حسب طول موج ، قبل از بهينه سازي در فيبر نوع WII
شکل ٣ :منحني تغييرات پاشندگي ماده بر حسب طول موج ، قبل از بهينه سازي در فيبر نوع WII
شکل ٤ : منحني پاشندگي (پاشندگي موجبر+ پاشندگي ماده ) بر حسب طول موج قبل از بهينه سازي در فيبر نوع WII
