عنوان

تحلیل و طراحی فیبر نوری مناسب برای اهداف‮‭FTTH‬

Number

‭۵۳۸۲پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

تحلیل و طراحی فیبر نوری مناسب برای اهداف‮‭FTTH‬

First Statement of Responsibility

/سمیه ماکویی

Name of Publisher, Distributor, etc.

تبریز : دانشگاه تبریز ، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر،گروه الکترونیک

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۵۹‬ص‬

Text of Note

چاپی

Text of Note

فاقد اطلاعات کامل

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری تخصصی

Discipline of degree

مهندسی برق- الکترونیک

Date of degree

‮‭۱۳۹۰/۰۶/۱۹‬

Body granting the degree

تبریز : دانشگاه تبریز ، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر،گروه الکترونیک

Text of Note

برای پیشرفت تکنولوژی انتقال اطلاعات، استفاده از سیستم های مخابراتی سریع تمام نوری امری لازم و ضروری می-باشد .لازمه ی داشتن پهنای باند وسیع و نسبتا نامحدود گویای این است که تکنیک ‮‭FTTH‬ یکی از بهترین گزینه ها در این عرصه می باشد و با در نظر گرفتن نیاز روزافزون به افزایش پهنای باند، این تکنیک به عنوان برگ برنده خواهد بود چرا که به دلیل استفاده از ویژگی های برتر فیبر نوری تک مد، امکان افزایش سرعت و نرخ ارسال بیت به صورت چشمگیر وجود دارد در این پایان‌صنامه قصد داریم که با معرفی روشی سیستماتیک، ساختار مناسبی را برای اهداف ‮‭FTTH‬ ارائه نماییم .فیبر نوری در پروسه نصب در راستای دیوار کشیده می شود و این باعث تولید خمش های تیز در گوشه های دیوار می-شود .در نتیجه تلفات بالایی در محل خمش به سیستم دیکته می-گردد .برای حل این مشکل باید حساسیت فیبر طراحی شده به خمش کاهش یابد .خمش علاوه بر تحمیل تلفات، باعث ایجاد تنش کششی و کرنشی در سطوح خارجی و داخلی در خمش می گردد .برای حل این مشکل از فیبر نوری با ضریب شکست تدریجی که از مقاومت خوبی در برابر تنش برخوردار است استفاده نموده-ایم .به علاوه به منظور افزایش بازده کوپلینگ فیبر نوری طراحی شده با فیبرهای تک مد متداول نصب شده در سیستم‌صهای مخابراتی، شرایط لازم جهت مدیریت قطر میدان مد و تشابه پروفایل توزیع میدان مد را فراهم خواهیم نمود .در این پایان نامه روشی جدید در عرصه ی طراحی فیبرهای غیر حساس به خمش پیشنهاد شده است .در این روش از تحلیل مهندسی معکوس برای یافتن پروفایل توزیع ضریب شکست استفاده شده است .برای توضیح بیشتر می توان بیان نمود که پارامترهای اساسی مورد نظر به عنوان ورودی در پروسه ی طراحی اعمال می‌صگردد و در نهایت پروفایل ضریب شکست مناسبی که تمام پارامترهای اساسی اولیه را پشتیبانی می کند محاسبه می گردد .بعلاوه کنترل و تنظیم مقدار تلفات خمشی و قطر میدان مد به صورت همزمان صورت می پذیرد .به عبارت دیگر با تعریف شرایط اولیه‌صی خاصی که از ویژگی های روش نوین طراحی است، اندازه قطر میدان مد در سطح مطلوب مورد نظر تنظیم می شود و سپس پروسه ی کاهش تلفات خمشی انجام می گردد .پیاده سازی این اهداف ریشه در مطالعه ی اثرات توزیع میدان مد در رفتار تلفات خمشی و قطر میدان مد دارد .قصد داریم به منظور سیستماتیک نمودن اهداف طراحی، از روش های بهینه سازی هوشمند مانند الگوریتم ژنتیکی بهره ببریم .قابل ذکر است که پروفایل ضریب شکست محاسبه شده ساده بوده و با روش های ساخت فیبرهای متداول قابل پیاده سازی است .از طرفی ساختار از نوع تدریجی است که تنش مکانیکی و حرارتی کمتری نسبت به فیبرهای پله ای دارد .نتایج بدست آمده از شبیه سازی ها گویای این مطلب است که فیبرهای غیر حساس به خمش طراحی شده نه تنها از منظر قطر میدان مد رفتار مناسبی دارند بلکه اندازه سطح مقطع میدان مد نیز نسبت به طراحی های ارایه شده در مراجع بسیار بزرگتر است .به عبارت دیگر این روش جدید، ما را به سمت معرفی ساختارهای تک مد غیر حساس به خمش و مقاوم در برابر اثرات غیر خطی رهنمون می گردد .به علاوه، ساختارهای طراحی شده در باند وسیعی از طول موج غیر حساس به خمش است که قابلیت بالای آنها را در تکنیک ‮‭FTTH‬ چند طول موجه نشان می دهد .همچنین رفتار پاشندگی ساختارهای بدست آمده مطابق با استاندارد ‮‭G۶۵۲.D‬ است .روشن است که رفتار کانال انتقال از منظر نرخ ارسال بیت نامتقارن است .این عدم تقارن نتیجه ی مستقیم استاندارد ‮‭G.۶۵۲.D‬ می باشد .به منظور دست یابی به ساختاری که از لحاظ نرخ ارسال بیت متقارن باشد، مدیریت پاشندگی را نیز به پروسه طراحی نوین خود اضافه نمودیم .در ادامه، به منظور بررسی اثر روکش چند لایه بر روی ساختارهای طراحی شده، روش پیشنهادی خود را با روکش چند لایه ادغام نمودیم .نتایج بدست آمده نشان می دهد که اضافه نمودن روکش سه لایه با لایه کاهشی درونی نه تنها اثر نامطلوبی بر روی مشخصات انتقال فیبر ندارد بلکه باعث بهبود رفتار پاشندگی شده است .همچنین لایه با ضریب شکست کاهش یافته باعث محدود شدن توزیع میدان در هسته شده و کنترل دقیق اندازه قطر میدان مد دچار خطا نمی گردد .سپس اثر روکش سه لایه با لایه افزایشی برونی را مورد مطالعه قرار دادیم .این نوع ساختار چند لایه اثر قویتری نسبت به حالت قبلی دارد و باعث ایجاد خطا در تنظیم اندازه قطر میدان مد می شود .در این حالت تابع هزینه ی مورد استفاده را تغییر دادیم تا اهداف طراحی برآورد گردد .اضافه نمودن این ساختار چند لایه باعث افزایش سطح مقطع موثر میدان مد می شود .از طرفی با مقایسه با روکش سه لایه با لایه کاهشی درونی، رفتار پاشندگی بهبود یافته است .با وارد نمودن مدیریت رفتار پاشندگی به امر طراحی، نرخ ارسال بیت متقارنی برای مسیرهای ‮‭Upstream‬ و ‮‭Downstream‬ میسر می گردد

Text of Note

‮‭High-speed optical computing and communications are essential for science and technology and strong demands on computer communication services, such as internet access services, require economical and flexible solutions to provide broadband capabilities to access network. New uses favouring greater bandwidth appear continually; FTTH has been called the end game and is the key for realizing broadband access. In other words, optical fiber access networks are the most promising alternative for high speed and high bit rate communication. In this thesis we decided to propose a novel systematic design method for introducing appropriate optical fiber for FTTH application. We have to reduce fiber sensitivity to bends. The optical fiber is needed to be bent at various corners of wall and the sharp bends can be appeared and therefore a huge power penalty is caused. In the meantime, stress and strain tensions appear in the inner and outer surfaces of the fiber in the curvature. So in order to be reliable, the optical fiber most be resistible against tensions. In order to solve this challenge, the graded-index optical fiber is used which has suitable behaviour against mechanical stresses. In the meantime, in order to increase coupling efficiency between designed structure and the standard single mode fibers imposed by the telecom industry, essential conditions for MFD and modal field distribution managements are provided. A novel introduced design method for bend insensitive optical fiber is based on reverse problem engineering and the suitable refractive index profile extracted which provides FTTH requirements. This method is capable to gather ultra-low bending loss, low splice loss and large effective area simultaneously. In other word, the MFD of the structure is controlled strictly and bend reduction process is done without MFD reducing. The MFD adjustment is done by suitable assumption of the field distribution in the fiber core. Owing to direct control on MFD value, this method is absolutely appropriate to design bend insensitive fiber for FTTH application. The design procedure is based upon the genetic algorithm (GA) to optimize the bending loss characteristics. The evaluated refractive index profile is simple and there is no need to establish complex manufacturing process. Gradually variation of the refractive index in the graded index based structures presented here, guarantees the thermal and mechanical stresses reduction and this is another remarkable feature of the design methodology. The magnificent feature of the designed fiber structure is its large effective area which plays a remarkable part in non-linear effects reduction. According to presented outcomes, it is evident that the designed structures not only have ultra low bending loss at operation wavelength, but also is bend-insensitive in S+C+L communication bands. Such a low bending loss coupled with the property of broadband bend-insensitivity in the optical fiber should find future applications in the wide band FTTH handling multiple wavelengths. Meanwhile, designed structures have same dispersion properties with SMF and follow ITU-T G.۶۵۲.D standard. The designed transmission channel is asymmetric from bit rate point of view and this mismatching is the direct result of recommendation G.۶۵۲.D. In order to have equal bit rate at the upstream and downstream wavelengths, the chromatic dispersion management is added to proposed bend insensitive fiber design method. The effect of adding multi-clad structure is studied by use of replacing depressed inner- and raised outer-triple layers in cladding region. It is shown that these multi-layer structures have modified dispersion behaviour. Meanwhile, adding raised outer-triple layer yields the field distribution to lengthen more to the out of core region. So the restrict control on the mode field diameter is faced to error. In this case, the optical fiber design, appropriate for FTTH application, is done by have a modified cost function used in genetic algorithm optimization technique‬

FTTH

Single-mode Optical Fiber

Graded-index Fiber

Bend Loss

Splice Loss

Dispersion

Mode Field Diameter

Genetic Algorithm

ماکویی، سمیه

رستمی، علی، استاد راهنما

دائی کوزه کنانی، ضیاءالدین، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی