Phân tích các yếu tố hạn chế khoảng cách truyền dẫn của mô-đun quang học

Khoảng cách truyền dẫn của các mô-đun quang học bị giới hạn bởi sự kết hợp của các yếu tố vật lý và kỹ thuật, cùng nhau xác định khoảng cách tối đa mà tín hiệu quang có thể được truyền tải hiệu quả qua sợi quang. Bài viết này giải thích một số yếu tố giới hạn phổ biến nhất.

Đầu tiên,loại và chất lượng của nguồn sáng quang họcđóng vai trò quyết định. Các ứng dụng tầm ngắn thường sử dụng chi phí thấp hơn.Đèn LED hoặc laser VCSELTrong khi đó, việc truyền tín hiệu ở tầm trung và tầm xa phụ thuộc vào hiệu năng cao hơn.Laser DFB hoặc EMLCông suất đầu ra, độ rộng phổ và độ ổn định bước sóng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền dẫn.

Thứ hai,suy hao sợi quangĐây là một trong những yếu tố cốt lõi hạn chế khoảng cách truyền dẫn. Khi tín hiệu quang truyền qua sợi quang, chúng dần dần suy yếu do sự hấp thụ vật liệu, tán xạ Rayleigh và tổn hao do uốn cong. Đối với sợi quang đơn mode, độ suy giảm điển hình là khoảng...0,5 dB/km ở bước sóng 1310 nmvà có thể thấp tới0,2–0,3 dB/km ở bước sóng 1550 nmNgược lại, sợi đa mode thể hiện độ suy hao cao hơn nhiều.3–4 dB/km ở bước sóng 850 nmĐó là lý do tại sao các hệ thống đa chế độ thường chỉ giới hạn ở phạm vi liên lạc ngắn, từ vài trăm mét đến khoảng 2 km.

Ngoài ra,hiệu ứng phân tánĐiều này làm hạn chế đáng kể khoảng cách truyền dẫn của các tín hiệu quang tốc độ cao. Hiện tượng tán sắc—bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng—làm cho các xung quang bị giãn rộng trong quá trình truyền dẫn, dẫn đến nhiễu xuyên ký hiệu. Hiệu ứng này trở nên đặc biệt nghiêm trọng ở tốc độ dữ liệu cao.10 Gbps trở lênĐể giảm thiểu sự phân tán, các hệ thống đường dài thường sử dụng...sợi bù tán sắc (DCF)hoặc sử dụngLaser có độ rộng vạch phổ hẹp kết hợp với các định dạng điều chế tiên tiến.

Đồng thời,bước sóng hoạt độngHiệu năng của mô-đun quang học có liên quan mật thiết đến khoảng cách truyền dẫn.Dải 850 nmNó chủ yếu được sử dụng để truyền dẫn tín hiệu tầm ngắn qua cáp quang đa mode.Dải 1310 nmTương ứng với cửa sổ tán sắc bằng không của sợi quang đơn mode, nó phù hợp cho các ứng dụng khoảng cách trung bình.10–40 km. CáiDải 1550 nmcó độ suy hao thấp nhất và tương thích vớiBộ khuếch đại sợi quang pha tạp erbium (EDFA), khiến nó được sử dụng rộng rãi cho các kịch bản truyền dẫn đường dài và siêu đường dài.40 km, chẳng hạn như80 km hoặc thậm chí 120 kmliên kết.

Tốc độ truyền tải cũng đặt ra một ràng buộc nghịch đảo đối với khoảng cách. Tốc độ dữ liệu cao hơn đòi hỏi tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) nghiêm ngặt hơn ở bộ thu, dẫn đến độ nhạy của bộ thu giảm và phạm vi tối đa ngắn hơn. Ví dụ, một mô-đun quang học hỗ trợ40 km với tốc độ 1 Gbpscó thể bị giới hạn ởdưới 10 km ở tốc độ 100 Gbps.

Hơn nữa,các yếu tố môi trường—như dao động nhiệt độ, uốn cong sợi quang quá mức, nhiễm bẩn đầu nối và sự lão hóa của các linh kiện—có thể gây ra thêm tổn thất hoặc phản xạ, làm giảm thêm khoảng cách truyền dẫn hiệu quả. Cũng cần lưu ý rằng truyền thông cáp quang không phải lúc nào cũng "càng ngắn càng tốt". Thường có một khoảng cách truyền dẫn hiệu quả giữa các yếu tố này.yêu cầu khoảng cách truyền tối thiểu(ví dụ, các mô-đun đơn mode thường yêu cầu khoảng cách ≥2 mét) để ngăn chặn sự phản xạ quang học quá mức, có thể làm mất ổn định nguồn laser.