光纖色散在光信息處理中的應(yīng)用探討

趙帥

摘 要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，光纖技術(shù)也得到了人們的高度關(guān)注。傳統(tǒng)的電子技術(shù)由于受到各種信息載體的限制，已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展需求。從目前來看，我國(guó)研究的光纖色散技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前非常重要的光信息處理手段，而為了讓光纖色散技術(shù)可以發(fā)揮最大的作用和價(jià)值，我們的技術(shù)人員還需要對(duì)光纖色散在光信息處理中的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的研究。本文分析光纖色散的基本概念，同時(shí)淺議色度色散的技術(shù)應(yīng)用，并具體闡述模式色散的技術(shù)應(yīng)用，以供人們參考。

關(guān)鍵詞：光纖色散;光信息處理;應(yīng)用;探討

0 前言

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的背景下，光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與光纖通信也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步。然而從目前來看，基于光纖色散的光信息處理技術(shù)普遍存在各種各樣的問題，這對(duì)提高信息傳輸、處理的質(zhì)量與效率來說是非常不利的。若不及時(shí)對(duì)其加以完善，那么必然會(huì)影響光信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。所以，詳細(xì)探討光纖色散在光信息處理中的應(yīng)用是尤為重要的，它能夠在一定程度上提高信息傳輸、處理的質(zhì)量與效率，從而滿足人們對(duì)信息傳輸、處理的實(shí)際需求。

1 光纖色散的基本概念

所謂光纖色散，實(shí)則就是一種脈沖拓寬現(xiàn)象。它指的是光信號(hào)在光纖中傳輸，遇到光纖不連續(xù)或不均勻的部分時(shí)，會(huì)有部分光信號(hào)散射到各個(gè)方向而不能及時(shí)到傳輸終點(diǎn)，從而引起光能的丟失，進(jìn)而導(dǎo)致散射衰減。從目前來看，光纖色散產(chǎn)生的原因主要有以下兩種：一是光纖對(duì)光信號(hào)的色散作用;二是進(jìn)入光纖中的光信號(hào)不是單色光。無論是什么原因，一旦產(chǎn)生光纖色散，都會(huì)對(duì)光纖的傳輸容量造成一定影響。一般情況下，光纖色散被人們分為以下四種類型：第一，模式色散，它主要是在多模傳輸下引起的。光纖各模式即使具有相同的波長(zhǎng)，也會(huì)因?yàn)閭鬏敵?shù)的切線分量和群速不同而造成模式色散。第二，材料色散，它主要是由光纖材料自身的特性造成的。如果光纖中傳播的光信號(hào)內(nèi)含有若干個(gè)不同波長(zhǎng)的光，那么就等同于有若干個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在光纖中傳播。這些不同波長(zhǎng)的光信號(hào)經(jīng)過一段距離后，由于它們的傳播速度不同，結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)材料色散。第三，波導(dǎo)色散，又被稱為結(jié)構(gòu)色散，它主要是由光纖中的光波導(dǎo)引起的。通常來說，光纖中的波導(dǎo)僅在纖芯中傳播，然而由于光線幾何結(jié)構(gòu)的不完善，使得光波一部分在纖芯中傳播，而另一部分則在包層中傳播。又由于纖芯與包層的折射率不同，從而產(chǎn)生波導(dǎo)色散。第四，偏振模色散，它主要是由光纖的內(nèi)在原因和外在原因共同引起的。一般情況下，光纖是不存在模式的極化取向問題的，然而在制造光纖的過程中，內(nèi)部應(yīng)力或多或少都會(huì)殘存在光纖中，使得光纖的折射率分布出現(xiàn)了不對(duì)稱性，由此產(chǎn)生偏振模色散。值得注意的是，不管是何種色散，都會(huì)影響光纖的信息傳輸。所以，要想確保光纖的信息傳輸質(zhì)量，就必須針對(duì)光線色散所具有的脈沖展寬特性，制定出相應(yīng)的光纖色散技術(shù)。只有這樣，才能真正滿足社會(huì)對(duì)信息傳輸?shù)膶?shí)際需求，從而更好地服務(wù)于人們。

2 色度色散的技術(shù)應(yīng)用

要想更好地淺議色度色散的技術(shù)應(yīng)用，就必須從以下幾方面入手：第一，基于時(shí)域展寬特性的轉(zhuǎn)換技術(shù);第二，圖像串行編碼技術(shù);第三，時(shí)光透鏡技術(shù);第四，全光積分器應(yīng)用;第五，光纖光柵波長(zhǎng)調(diào)解技術(shù)。

2.1 基于時(shí)域展寬特性的轉(zhuǎn)換技術(shù)

色度色散的技術(shù)應(yīng)用具體表現(xiàn)在基于時(shí)域展寬特性的轉(zhuǎn)換技術(shù)。近些年來，我國(guó)一直致力于研究無線雷達(dá)和高速光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。與此同時(shí)，無線雷達(dá)和高速光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用在社會(huì)各領(lǐng)域之中，例如國(guó)防、通信、工業(yè)等。然而值得注意的是，在此過程中，人們所使用的相關(guān)設(shè)備會(huì)直接影響無線雷達(dá)和高速光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用性能，若人們使用的是較為傳統(tǒng)的電子模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，那么無線雷達(dá)和高速光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用性能必然會(huì)受到很大限制;若人們使用的是基于時(shí)域展寬特性的轉(zhuǎn)換技術(shù)，那么必然會(huì)大大提高無線雷達(dá)和高速光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用性能。這主要是因?yàn)榛跁r(shí)域展寬特性的轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅具有較高的信息傳輸速度，還具有較高的比特精度，從而使得無線雷達(dá)和高速光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的建設(shè)具備較強(qiáng)的技術(shù)支撐。這種技術(shù)雖然能夠有效提高整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，但是也同樣存在各種各樣的問題，例如傳輸速度比較慢、投入成本比較高等。所以，要想大范圍地應(yīng)用基于時(shí)域展寬特性的轉(zhuǎn)換技術(shù)，人們就必須對(duì)其存在的問題加以高度重視，并積極尋求相應(yīng)的技術(shù)突破。

2.2 圖像串行編碼技術(shù)

從目前來看，光信息的傳輸速度非常高，顯而易見，這必須歸功于光纖色散中的圖像串行編碼技術(shù)。由于光纖色散中的圖像串行編碼技術(shù)具有這一大優(yōu)勢(shì)，所以，它已然得到了人們的廣泛認(rèn)可與喜愛。過去，人們要想捕捉如閃電一般高速畫面的圖像，就必須借助相機(jī)成像技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。然而，以往的相機(jī)成像技術(shù)并不能直接讀取數(shù)據(jù)，而是需要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)讀，這不僅會(huì)降低圖像的像素，還會(huì)嚴(yán)重影響圖像的成像速度?，F(xiàn)如今，在光纖色散技術(shù)的作用下，圖像串行編碼技術(shù)便可以很好地解決相關(guān)問題，這對(duì)提高圖像的像素和成像速度來說有很好的促進(jìn)作用。由此可見，圖像串行編碼技術(shù)，也是色度色散技術(shù)應(yīng)用的具體表現(xiàn)。

2.3 時(shí)光透鏡技術(shù)

產(chǎn)生光纖色散之后，會(huì)出現(xiàn)時(shí)光透鏡技術(shù)。經(jīng)過大量的研究發(fā)現(xiàn)，這種技術(shù)可以切實(shí)提高光信息傳輸、處理的質(zhì)量與效率。以一道直徑為2.5nm的激光光速為例，其在時(shí)光透鏡技術(shù)的支持下，不僅能夠加快光信息傳輸?shù)乃俣龋€能夠保證其所攜帶數(shù)據(jù)的真實(shí)性。也可以這么說，將時(shí)光透鏡技術(shù)合理地應(yīng)用在相關(guān)設(shè)備之中，能夠有效實(shí)現(xiàn)光信息傳播質(zhì)量與效率的提高。

2.4 全光積分器應(yīng)用

光線色散中的色度色散，能夠?qū)⒀泳徯畔鞑r(shí)長(zhǎng)的作用充分發(fā)揮出來。所以，要想研制出更好用的全光積分器，就必須采用光纖色散的延時(shí)特性。光信息在光纖中傳播時(shí)，大量的脈沖可以分解為不同的頻率分量，而不同的頻率分量之間所產(chǎn)生的作用也是不盡相同的，這就很容易引起脈沖擴(kuò)展。因此，各頻率分量不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在光線輸出端。就不同的頻率分量來說，雖然它們具有相同的光波形，但是由于它們達(dá)到輸出端時(shí)存在不同的延時(shí)，使得大量信號(hào)出現(xiàn)了相同波形的疊加，這就相當(dāng)于完成了某段時(shí)間的積分。

2.5 光纖光柵波長(zhǎng)調(diào)解技術(shù)

光纖光柵傳感器作為一種準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，它具有以下三大優(yōu)點(diǎn)：一是具有特定波長(zhǎng)編碼;二是適于波分復(fù)用;三是不易受光源波動(dòng)影響。由此可見，光纖光柵傳感器是基于光纖色散技術(shù)下能夠通過調(diào)節(jié)波長(zhǎng)來完成光信息處理的可靠應(yīng)用。從目前來看，光纖光柵傳感器被人們廣泛應(yīng)用在靜態(tài)事件監(jiān)測(cè)或無較高實(shí)時(shí)性要求的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中。若人們無意將光纖光柵傳感器應(yīng)用在有較高實(shí)時(shí)性要求的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，那么光纖光柵波長(zhǎng)調(diào)解技術(shù)就會(huì)受到一定限制，這不利于光信息技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

3 模式色散的技術(shù)應(yīng)用

模式色散的技術(shù)應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下兩方面：第一，用模式色散增強(qiáng)的色度色散;第二，用模式色散制作全光積分器。

3.1 用模式色散增強(qiáng)的色度色散

在具體應(yīng)用的過程中，光纖色散對(duì)有些波長(zhǎng)的分量表現(xiàn)極小。而要想增大光纖色散的波長(zhǎng)，就必須借助新的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。為了產(chǎn)生不同的傳輸模式，人們可以在空間利用衍射光柵分離不同頻率的光，并以不同的角度輸入到多模光纖中。除此之外，光波長(zhǎng)還應(yīng)該與傳輸模式之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣一來當(dāng)光信號(hào)脈沖傳輸?shù)蕉嗄９饫w中時(shí)，模式色散會(huì)讓脈沖變寬，進(jìn)而出現(xiàn)不同波長(zhǎng)的差異色散。

3.2 用模式色散制作全光積分器

從目前來看，很多相關(guān)研究都表明，在模式色散產(chǎn)生延時(shí)效果之后，其光纖長(zhǎng)度會(huì)降低，這就使得全光積分器與光脈沖的波長(zhǎng)完全脫離了關(guān)系。在這樣的情況之下，光源寬帶無論如何都不會(huì)影響到全光積分器?？梢赃@么說，要想使全光積分器具備更加復(fù)雜的邏輯功能，就必須借助不同的色散，對(duì)全光積分器進(jìn)行調(diào)整。讓多個(gè)模式之間承載相同的功率得以實(shí)現(xiàn)。在具體應(yīng)用的過程中，若人們使用模式色散來產(chǎn)生延時(shí)的話，那么就可以大大減少光纖的使用長(zhǎng)度，這有助于降低成本。除此之外，用模式色散制作全光積分器，還可以脫離與光脈沖波長(zhǎng)的關(guān)系，從而使得全光積分器能夠被人們應(yīng)用到更多領(lǐng)域中去。

4 結(jié)語

總之，詳細(xì)探討光纖色散在光信息處理中的應(yīng)用是尤為重要的。本文分析了光纖色散的基本概念，同時(shí)淺議色度色散的技術(shù)應(yīng)用，基于時(shí)域展寬特性的轉(zhuǎn)換技術(shù)、圖像串行編碼技術(shù)、時(shí)光透鏡技術(shù)、全光積分器應(yīng)用、光纖光柵波長(zhǎng)調(diào)解技術(shù)，并具體闡述模式色散的技術(shù)應(yīng)用。只有這樣，才能切實(shí)提高信息傳輸、處理的質(zhì)量與效率，從而滿足人們對(duì)信息傳輸、處理的實(shí)際需求，進(jìn)而推動(dòng)光信息技術(shù)的深入發(fā)展。

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