بخشی از مقاله
چکیده -
یکی از پارمترهای مهم فیبرهای نوری تک مد در طراحی سامانه تسهیم کننده تقسیم طول موج رفتار پاشندگی فیبر است، که این ویژگی توسط مؤلفه ها مختلفی مانند نرخ خطای بیت و فاسله بین فرستنده و گیرنده محدود می شود.در طراحی فیبرهای نوری تک مد و چند مد دو ویژگی پاشندگی و تضعیف در فیبر برای ما اهمیت ویژه ای دارد.
ارسال همزمان چندین طول موج در شبکه های تسهیم کننده تقسیم طول موج، باعث افزایش چگالی توان متوسط در شبکههای نوری می شود. که افزایش چگالی توان متوسط سبب ایجاد اثرات غیر خطی در این سامانه های می شود. طراحی فیبر با پاشندگی انتقال یافته غیر صفر همراه با سطح موثر بزرگ می تواند بر اثرات غیرخطی غلبه کند.
فیبر با پاشندگی انتقال یافته غیر صفر، کمترین تلفات خمش و تلفات اتصال را برای سامانه تسهیم کننده تقسیم طول موج داراست. در این مقاله از نمودار پیک آلفا برای طراحی منحنی ضریب شکست فیبر با انتقال پاشندگی غیرصفر استفاده شده است. فیبر طراحی شده دارای سطح موثر بزرگ در حدود 125 µm2 می باشد. به دلیل وجود سطح موثر بزرگ، عملکرد سامانه تسهیم کننده تقسیم طول موج متراکم، با کاهش اثرات غیر خطی، بهبود یافته است.
مقدمه
فیبر نوری یکی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است . امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر، شبکه های تلفن شهری و بین شهری ، شبکه های کامپیوتری و اینترنت استفاده بعمل می آید. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای بوده که هر یک از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.
در فیبر نوری اطلاعات از جمله صدا، داده و یا ویدیو در قالب نور انتقال داده می شوند. فیبر از هسته ای شفاف با ضریب شکست n1 که توسط یک روکش فلزی شفاف با ضریب شکست n2 ،که پوسته هم نامیده می شود، تشکیل شده است. ضریب شکست پوسته با تلرانس %1، کمتر از ضریب شکست هسته است. مقادیر ضریب شکست معمول و پر کاربرد برای هسته و پوسته فیبر به ترتیب 1/74 و 1/84 است..[1] پوسته در ساختار فیبر برای محافظت هسته از جذب آلودگی، هدایت نور و بازتاب کلی نور به داخل هسته است.
با رشد روزافزون تقاضا جهت افزایش ظرفیت و پهنای باند شبکه های مخابرات نوری، شبکه های فیبر نوری تسهیم کننده تقسیم طول موج - WDM - 1 به کار گرفته شده اند. پهنای باند و ظرفیت بالای شبکه مخابرات نوری از نتایج سامانه تسهیم کننده تقسیم طول موج است.
سامانه تسهیم کننده تقسیم طول موج توانایی افزایش ظرفیت شبکه با ارسال چندین طول موج به صورت همزمان بر روی یک فیبر نوری تک مد و بدون استفاده از فیبر های نوری دیگر را داراست.[2] با ارسال و ترکیب تعداد زیادی از طول موج ها در سامانه تسهیم کننده تقسیم طول موج، دو نوع محدودیت در شبکه های نوری به نام های اثرات غیرخطی و پاشندگی ایجاد می شود. با افزایش تعداد طول موج های ارسالی در سامانه تسهیم کننده تقسیم طول موج، چگالی توان انتقال نیز افزایش خواهد یافت. سپس ضریب شکست، به دلیل افزایش شدید در شدت روشنایی سیگنال، مدوله خواهد شد
طراحی فیبر با پاشندگی انتقال یافته 2 - DSF - برای رسیدن به حداقل پاشندگی و تلفات به صورت همزمان در یک طول موج خاص صورت گرفته است. فیبر پاشندگی انتقال یافته یک نوع از فیبرهای نوری تک مد با دو ضریب شکست متفاوت برای قسمت هسته و پوسته است که پاشندگی صفر را از طول موج 1300nm را به طول موج 1550nm که دارای کمترین تلفات است انتقال می دهد. وقتی از ساختار فیبرهای پاشندگی انتقال یافته 3 - DSF - برای سامانه های تسهیم کننده تقسیم طول موج استفاده می شود، مشکل ترکیب چهارطول موج این است که باعث تداخل مدولاسیونی سیگنال های نوری مستقل می شوند.
همین امر باعث استفاده از فیبرهای پاشندگی شیفت یافته غیر صفر می شود .[5] از جمله اثرات غیر خطی فیبر می توان به ترکیب چهار طول موج 4 - FWM - و مدولاسیون خود فاز 5 - SFM - و مدولاسیون فاز صلیبی 6 - XFM - اشاره کرد. هر کدام از این اثرات غیر خطی می تواند بر روی عملکرد سامانه تسهیم کننده تقسیم طول موج تأثیر منفی بگذارند.[6-7] در نتیجه در فیبرهای نوری می توان به وضوح استنباط کرد که با افزایش سطح موثر - - Aeff و کاهش ضریب شکست غیرخطی موثر - n2 - ، پارامتر غیرخطی ϒ کاهش خواهد یافت .[8]پارامتر از رابطه شماره یک بدست می آید.
-1 فیبر طراحی شده
در طراحی سامانههای تسهیم کننده تقسیم طول موج، در قسمت انتقال دهنده از فیبر نوری نوری استفاده می شود. این فیبر نوری باید دارای تلفات صفر و پاشندگی غیر صفر اما ناچیز باشد، تا بتواند اثرات غیر خطی فیبر نوری را کاهش دهد.[9] برای این منظور، هدف این مقاله طراحی یک فیبر نوری تک مد که در طول موج 1550 nm دارای پاشندگی غیر صفر اما بسیار کم و در حدود 2/17 dB/Km برای کاربرد در طراحی سامانههای تسهیم کننده تقسیم طول موج است. با طراحی فیبرهای با پاشندگی شیفت یافته غیر صفر مقدار پاشندگی غیر صفر اما بسیار کم ، از مقدار 1300 تا 1350 نانومتر به مقدار 1500 تا 1550 نانومتر انتقال می یابد در نتیجه با این طراحی، فیبری خواهیم داشت که در طول موج بین 1500 تا 1550 نانومتر دارای پاشندگی غیر صفر و همچنین حداقل تلفات است شکل 1 پروفایل فیبر طراحی شده را نشان می دهد.
شکل :1 پروفایل فیبر تک مد و فیبر پاشندگی شیفت یافته.
جدول شماره :1 نواحی فیبر طراحی شده
فیبر طراحی شده از چهار قسمت تشکیل شده است. سه قسمت اول مربوط به هسته فیبر هستند، که برای رسیدن به هدف پاشندگی غیر صفر در طول موج 1550nm به این صورت طراحی شده است. قسمت چهارم این طراحی مربوط به پوسته فیبر است. جدول شماره 1 پروفایل چهار قسمت و ضریب شکست آن را نشان داده است که سه ناحیه اول مربوط به هسته و ناحیه چهارم مربوط به پوسته فیبر می باشند.
نتایج شبیه سازی
طراحی فیبر نوری مورد نظر با استفاده از شبیه ساز optifiber انجام گرفته است. شکل شماره 2 و 3 و 4 به ترتیب نمودار پاشندگی و تلفات و تلفات خمش بر حسب طول موج برای فیبر طراحی شده را نشان داده است. همانطور که در شکل مشخص است تلفات برای فیبر پاشندگی انتقال یافته غیر dB 0/3 است.
همچنین مقدار پاشندگی برای دو فیبر در طول موج 1550nm به ترتیب 2/17 دسی بل بر کیلومتر در نانومتر است. برای اینکه بخواهیم پاشندگی در یک طول موج خاصی انتقال یابد می توان با تغییر در عرض ناحیه دوم به هدف مورد نظر دست یافت.
نتیجهگیری
هدف این مقاله ایجاد یک طرح جدید برای طراحی فیبر نوری تک مد است که بتواند همزمان دارای پاشندگی و تلفات پایین اما غیر صفر باشد. در طرح پیشنهادی بر خلاف فیبر نوری تک مد ساده، هسته فیبر از سه ناحیه تشکیل شده است که این ساختار می تواند پاشندگی را از طول موج 1330nm به طول موج 1550nm انتقال دهد. طرح مورد نظر دارای پاشندگی 2/17 dBKm در طول موج 1550nm است. که این پاشندگی غیر صفر در طول موج مورد نظر سبب حذف اثرات غیر خطی فیبر نوری مورد نظر می شود. همچنین فیبر مورد نظر دارای تلفات خمش بسیار ناچیز در طول موج 1550nm است.
