Co to jest dyspersja włókien? Jak kompensować dyspersję?

Dyspersja światłowodu pokazuje stan propagacji sygnału wejściowego w światłowodzie. Odnosi się do zniekształceń sygnału spowodowanych propagacją różnych składowych częstotliwości lub różnych składowych trybu sygnału optycznego przy różnych prędkościach. Obejmuje głównie trzy przypadki: dyspersję międzymodową, dyspersję chrominancji i dyspersję trybu polaryzacji.

Dyspersja międzymodowa to mechanizm zniekształcenia sygnału, który występuje we światłowodach wielomodowych i innych falowodach. We światłowodzie wielomodowym promienie światła wpadające do światłowodu pod różnymi kątami padania są definiowane jako ścieżka lub wzór. Ponieważ ścieżka transmisji każdego trybu jest inna, jej prędkość transmisji (tj. prędkość grupowa) jest również inna, więc istnieje różnica czasu między trybami transmisji sygnału, aby dotrzeć do terminala światłowodu. Ogólnie rzecz biorąc, część światła przechodzi bezpośrednio przez rdzeń (w trybie osiowym), podczas gdy inne odbijają się z powrotem iz powrotem między granicami płaszcza/rdzenia i poruszają się zygzakiem wzdłuż falowodu, jak pokazano na poniższym włóknie wielomodowym ze współczynnikiem skoku. Faktem jest, że gdy tylko światło ulega załamaniu, pojawia się dyspersja międzymodowa/modowa. Wśród nich dyspersja międzymodowa jest dodatnio skorelowana z torem transmisji, to znaczy dyspersja międzymodowa powodowana przez tryb wysokiego rzędu (promień wchodzi pod większym kątem na większą odległość) jest większa niż spowodowana przez niski -tryb kolejności (promień wchodzi pod mniejszym kątem na krótszą odległość).

Światłowód wielomodowy może pomieścić do 17 modów propagacji promienia w tym samym czasie, a jego dyspersja międzymodowa jest znacznie większa niż w przypadku światłowodu jednomodowego. Dzieje się tak, ponieważ światłowód jednomodowy ma jeden mod propagacji, tj. światło przemieszcza się wzdłuż rdzenia (osiowo mod) bez odbijania się od granicy płaszcza, więc nie występuje dyspersja międzymodowa. Jednak w przypadku zastosowania światłowodu wielomodowego o stopniowanym współczynniku sytuacja jest inna. Chociaż światło rozchodzi się również w różnych modach, ze względu na nierównomierny współczynnik załamania rdzenia światłowodu, ścieżka promieni świetlnych nie jest linią prostą, ale krzywą, zmienia się również prędkość propagacji promieni świetlnych. Dlatego dyspersję międzymodową można znacznie zmniejszyć, wybierając odpowiedni rozkład współczynnika załamania światła.

Dyspersja materiałowa jest spowodowana zależnością współczynnika załamania światła od długości fali materiału rdzenia, natomiast dyspersja falowodu jest spowodowana zależnością stałej propagacji modu od parametrów światłowodu (promień rdzenia, różnica współczynnika załamania między rdzeniem a płaszcza) i długości fali sygnału. Przy pewnych częstotliwościach dyspersja materiału i dyspersja falowodu mogą się wzajemnie znosić, tak że uzyskuje się długość fali zbliżoną do 0 dyspersji chrominancji. W rzeczywistości dyspersja chrominancji nie zawsze jest szkodliwa. przy różnych prędkościach w różnych długościach fal lub materiałach, powodując rozszerzenie lub ściśnięcie impulsów świetlnych we włóknie, co umożliwia dostosowanie profili współczynnika załamania światła w celu wytworzenia włókien do różnych celów. Jednym z przykładów jest światłowód G.652.

Dyspersja modów polaryzacji (PMD) odzwierciedla zależność od polaryzacji właściwości propagacji fal świetlnych w światłowodach. W rzeczywistych światłowodach istnieją dwa mody polaryzacji, które są do siebie prostopadłe. Idealnie byłoby, gdyby dwa tryby polaryzacji miały taką samą charakterystykę propagacji fal, ale generalnie istnieją subtelne różnice między różnymi trybami polaryzacji. Wynika to ze zmiany lub zakłócenia temperatury, ciśnienia i innych czynników w procesie propagacji, co skutkuje różnymi prędkości transmisji dwóch trybów polaryzacji, co skutkuje opóźnieniem czasowym i dyspersją trybu polaryzacji.