การประยุกต์ใช้ใยแก้วนำแสงในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง

การประยุกต์ใช้ PCF ที่เป็นไปได้ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองด้าน ได้แก่ เส้นใยส่งและอุปกรณ์ออปติก ประเด็นหลักของ PCF ในฐานะเส้นใยส่งกำลังคือการปรับปรุงกระบวนการผลิตและลดการสูญเสียเส้นใย ประเด็นหลักของ PCF ในฐานะอุปกรณ์ออปติคัลคือการปรับขนาดของ PCF เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ต้องการของอุปกรณ์ PCF

อย่างที่เราทราบกันดีว่าในฐานะสื่อส่งสัญญาณออปติกไม่ว่าจะเป็น G ทั้ง 652 ไฟเบอร์และ PCF ควรตอบสนองการสูญเสียต่ำการกระจายตัวน้อยและเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นต่ำ เช่นเดียวกับกลไกการสูญเสีย G.652 การสูญเสีย PCF ส่วนใหญ่มาจากการดูดซึมและการกระเจิง นอกจากนี้เนื่องจากลักษณะเฉพาะของโครงสร้าง PCF จึงทำให้เกิดการสูญเสียพิเศษตามธรรมชาติเช่นการสูญเสียการรั่วไหลของโหมดและการสูญเสียข้อบกพร่องของโครงสร้าง ตารางที่ 1 แสดงแหล่งที่มาของการสูญเสีย PCF

มีการใช้มาตรการต่างๆเพื่อลดการสูญเสีย PCF ซึ่งส่วนใหญ่ ได้แก่ (1) การปรับปรุงความบริสุทธิ์ของวัสดุหลัก / วัสดุหุ้ม (2) การใช้กระบวนการเพื่อลดมลพิษของท่อวัสดุหุ้ม (3) ผ่านการออกแบบอัตราส่วนการเติมอากาศ / อากาศที่เหมาะสมจำนวนรูเพื่อลดโหมดการรั่วไหล

PCF มีลักษณะของการสูญเสียต่ำการกระจายตัวน้อยและเอฟเฟกต์ที่ไม่ใช่เชิงเส้นต่ำทำให้การประยุกต์ใช้ในด้านการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงมีแนวโน้มดีมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบการสื่อสารทางไกล ด้วยการปรับปรุงวิธีการออกแบบและกระบวนการผลิต PCF อย่างต่อเนื่องประสิทธิภาพของ PCF จึงสมบูรณ์แบบมากขึ้นเรื่อย ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง K. ผ่านการออกแบบพารามิเตอร์โครงสร้างที่เหมาะสมเช่นเส้นผ่านศูนย์กลางของรูอากาศ d และระยะห่างของรูอากาศ r ตลอดจนอัตราส่วน d / r ทาจิมะและคณะ ไม่เพียง แต่ลดการลดทอนของ PCF แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายและการกระจายตัวของ PCF ขณะนี้ PCF ได้เข้าสู่ขั้นตอนการวิจัยเชิงทดลองของการส่งผ่านระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงในห้องปฏิบัติการ

ในการประชุม World Optical Fiber Communication Conference (OFC) เมื่อต้นปี 2546 K. Telegraph and Telephone Company (NTT) เข้าถึงห้องปฏิบัติการระบบธุรกิจเครือข่าย ทาจิมะและคณะ รายงานว่าพวกเขาพัฒนา PCF ที่มีการลดทอนต่ำเป็นพิเศษและมีความยาวยาวโดยมีการลดทอน 0.37 dB / km PCF มีคุณสมบัติโหมดเดียวที่สมบูรณ์และช่วงความยาวคลื่นที่ใช้งานได้คือ0.458-1.7μm

ทีมวิจัยของ C. Peucheret et al. ใช้สาย PCF ระยะทาง 5.6 กม. เพื่อทำการทดลองการส่งข้อมูล 40 Gbit / s ด้วยความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร พื้นที่ประสิทธิภาพของ PCF ที่ใช้ในระบบทดลองนี้คือ 72 ตาราง&แอมป์; มิว; m, การลดทอน 1.7dB / km และค่าสัมประสิทธิ์การกระจายคือ 32 ps / (km. nm) การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อใช้ PCF เป็นสื่อในการส่งสัญญาณแสงประสิทธิภาพของระบบจะไม่ลดลง เมื่อเปรียบเทียบกับเส้นใย G.652 ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของ PCF คือภายใต้สมมติฐานของค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของโหมดโพลาไรซ์ที่มีขนาดเล็กค่าสัมประสิทธิ์การกระจายพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพและความไม่เชิงเส้น

ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว PCF เองก็เป็นเส้นใยชดเชยการกระจายตัวที่ดี ด้วยการออกแบบพารามิเตอร์โครงสร้างลักษณะเฉพาะสามประการของ PCF: เส้นผ่านศูนย์กลางแกน, เส้นผ่านศูนย์กลางรูอากาศและระยะห่างของรูอากาศที่หุ้มเราจะได้รับการกระจายตัวที่เป็นบวกขนาดใหญ่หรือการกระจายตัวเชิงลบขนาดใหญ่หรือแถบความเรียบที่กว้างมาก Dispersive PCF โดยเฉพาะอย่างยิ่งพลังงานการจัดการแบนด์วิดท์การชดเชยประสิทธิภาพการกระจายตัวที่ยืดหยุ่นและการกระจายตัวของ PCF นั้นใหญ่กว่าไฟเบอร์ G.652 หลายเท่า ดังนั้น PCF จึงมีประสิทธิภาพการชดเชยการกระจายตัวที่ดีเยี่ยมและมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนเส้นใยชดเชยการกระจายทั่วไปและกลายเป็นเส้นใยชดเชยการกระจายตัวรุ่นใหม่

เนื่องจากความแตกต่างของดัชนีหักเหแกน / หุ้มของเส้นใยชดเชยการกระจายทั่วไปมีขนาดเล็ก (1.45 / 1.3) ความสามารถในการชดเชยการกระจายตัวจึงไม่ดี ความแตกต่างหลัก / การหุ้มของ PCF มีขนาดใหญ่ (1.45 / 1) ดังนั้น PCF จึงมีความสามารถในการชดเชยการกระจายตัวที่แข็งแกร่ง นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Tsinghua ได้คำนวณค่าการกระจายตัวของ PCF ในทางทฤษฎี พารามิเตอร์โครงสร้าง PCF ที่เลือกในการคำนวณ ได้แก่ ระยะห่างของรูอากาศ 0.8 ม. อัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางรูอากาศต่อระยะห่างของรูอากาศคือ 0.835

คำนวณว่าค่าการกระจายของ PCF ที่ 1.55&แอมป์; มิว; เมตรสามารถเข้าถึง -2050 ps / (km. nm) ซึ่งสามารถชดเชยความยาวได้ 120 เท่าของความยาวของเส้นใย G.652 (17 ps / (km. nm)) และ 240 เท่าของความยาว G.655 fiber (8.2 ps / (km . นาโนเมตร)) ซึ่งทำให้ความยาวของเส้นใยชดเชยการกระจายตัวสั้นลงอย่างมาก ดังนั้นฟังก์ชันการชดเชยการกระจายของ PCF จะมีคุณค่าในการใช้งานที่ดีเยี่ยมในระบบ WDM ความเร็วสูงความจุสูงและระยะไกล

PCF สามารถประกอบเป็นเลเซอร์ไฟเบอร์และเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ เหตุผลก็คือโดยการปรับเส้นผ่านศูนย์กลางและระยะห่างของรูอากาศในการหุ้ม PCF ที่มีพื้นที่ฟิลด์โหมด 1-1000 mu; m2 สามารถออกแบบได้อย่างยืดหยุ่นทำให้ PCF มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการพัฒนาไฟเบอร์เลเซอร์และเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล G.652 ไฟเบอร์มีข้อดีมากกว่า

แอพพลิเคชั่นที่เกี่ยวข้องกับการสื่อสารด้วย PCF และใยแก้วนำแสงที่มีความก้าวหน้าในการวิจัย ได้แก่ : การแปลงความยาวคลื่นแสง, เครื่องขยายเสียงรามาน, เลเซอร์โซลิตันออปติคอล, ตะแกรงไฟเบอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อเนื่อง