Τι είναι η διασπορά ινών; Πώς να αντισταθμίσετε τη διασπορά;

Η διασπορά ινών δείχνει την κατάσταση διάδοσης του σήματος εισόδου στην ίνα. Αναφέρεται στην παραμόρφωση του σήματος που προκαλείται από τη διάδοση διαφορετικών στοιχείων συχνότητας ή διαφορετικών συνιστωσών τρόπου λειτουργίας του οπτικού σήματος σε διαφορετικές ταχύτητες. Περιλαμβάνει κυρίως τρεις περιπτώσεις: διασπορά ενδιάμεσων λειτουργιών, διασπορά χρωματισμού και διασπορά τρόπου πόλωσης.

Η διασπορά intermode είναι ένας μηχανισμός παραμόρφωσης σήματος που εμφανίζεται σε πολύτροπες ίνες και άλλους κυματοδηγούς. Σε μια πολύτροπη ίνα, οι ακτίνες φωτός που εισέρχονται στην ίνα υπό διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης ορίζονται ως διαδρομή ή μοτίβο. Καθώς η διαδρομή μετάδοσης κάθε τρόπου λειτουργίας είναι διαφορετική, Η ταχύτητα μετάδοσης (δηλαδή, η ταχύτητα ομάδας) είναι επίσης διαφορετική, επομένως υπάρχει μια χρονική διαφορά μεταξύ των τρόπων μετάδοσης σήματος για να φτάσει στο τερματικό της οπτικής ίνας. Γενικά, κάποιο φως διέρχεται απευθείας από τον πυρήνα (σε αξονική λειτουργία), ενώ άλλα αναπηδούν πίσω και εμπρός μεταξύ των ορίων επένδυσης/πυρήνα και του ζιγκ-ζαγκ ταξιδιού κατά μήκος του κυματοδηγού, όπως φαίνεται στην ίνα πολλαπλών λειτουργιών βαθμιδωτού δείκτη παρακάτω. Το γεγονός είναι ότι μόλις το φως διαθλαστεί, εμφανίζεται η διασπορά intermode/mode. Μεταξύ αυτών, η διασπορά μεταξύ των λειτουργιών συσχετίζεται θετικά με τη διαδρομή μετάδοσης, δηλαδή, η διασπορά μεταξύ των τρόπων λειτουργίας που προκαλείται από τη λειτουργία υψηλής τάξης (η ακτίνα εισέρχεται σε μεγαλύτερη γωνία για μεγαλύτερη απόσταση) είναι υψηλότερη από αυτή που προκαλείται από τη χαμηλή -λειτουργία παραγγελίας (η ακτίνα εισέρχεται σε μικρότερη γωνία για μικρότερη απόσταση).

Η πολύτροπη ίνα μπορεί να φιλοξενήσει έως και 17 τρόπους διάδοσης ακτίνων ταυτόχρονα και η διασπορά της ενδιάμεσης λειτουργίας είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή της ίνας απλής λειτουργίας. Αυτό συμβαίνει επειδή οι ίνες μονής λειτουργίας έχουν έναν τρόπο διάδοσης, δηλαδή το φως ταξιδεύει κατά μήκος του πυρήνα (αξονική λειτουργία) χωρίς να αντανακλάται από το όριο της επένδυσης, επομένως δεν εμφανίζεται διασπορά ενδιάμεσων λειτουργιών. Ωστόσο, εάν χρησιμοποιείται μια πολυτροπική ίνα διαβαθμισμένου δείκτη, η κατάσταση είναι διαφορετική. Αν και το φως διαδίδεται επίσης σε διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας, λόγω του ανομοιόμορφου δείκτη διάθλασης του πυρήνα της ίνας, η διαδρομή των ακτίνων φωτός δεν είναι μια ευθεία γραμμή αλλά μια καμπύλη, και η ταχύτητα διάδοσης των ακτίνων φωτός επίσης αλλάζει. Επομένως, η διασπορά μεταξύ των τρόπων λειτουργίας μπορεί να μειωθεί σημαντικά επιλέγοντας την κατάλληλη κατανομή του δείκτη διάθλασης.

Η διασπορά υλικού προκαλείται από την εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από το μήκος κύματος του υλικού του πυρήνα, ενώ η διασπορά του κυματοδηγού προκαλείται από την εξάρτηση της σταθεράς διάδοσης τρόπου λειτουργίας από τις παραμέτρους της ίνας (ακτίνα πυρήνα, διαφορά στο δείκτη διάθλασης μεταξύ του πυρήνα και την επένδυση) και το μήκος κύματος του σήματος. Σε ορισμένες συχνότητες, η διασπορά υλικού και η διασπορά του κυματοδηγού μπορούν να αλληλοεξουδετερωθούν, έτσι ώστε να λαμβάνεται ένα μήκος κύματος κατά προσέγγιση 0 διασποράς χρώματος. Στην πραγματικότητα, η διασπορά χρωματισμού δεν είναι πάντα επιζήμια. Ταξίδια φωτός σε διαφορετικές ταχύτητες σε διαφορετικά μήκη κύματος ή υλικά, με αποτέλεσμα οι παλμοί φωτός να διευρύνονται ή να συμπιέζονται στην ίνα, γεγονός που καθιστά δυνατή την προσαρμογή των προφίλ δείκτη διάθλασης για την παραγωγή ινών για διαφορετικούς σκοπούς. Η οπτική ίνα G.652 είναι ένα παράδειγμα.

Η διασπορά τρόπου πόλωσης (PMD) αντανακλά την εξάρτηση πόλωσης των χαρακτηριστικών διάδοσης των κυμάτων φωτός στις οπτικές ίνες. Στις πραγματικές οπτικές ίνες, υπάρχουν δύο τρόποι πόλωσης που είναι κάθετοι μεταξύ τους. Στην ιδανική περίπτωση, οι δύο τρόποι πόλωσης θα πρέπει να έχουν τα ίδια χαρακτηριστικά διάδοσης κυμάτων, αλλά γενικά, υπάρχουν ανεπαίσθητες διαφορές μεταξύ διαφορετικών τρόπων πόλωσης. Αυτό οφείλεται στην αλλαγή ή διαταραχή της θερμοκρασίας, της πίεσης και άλλων παραγόντων στη διαδικασία διάδοσης, με αποτέλεσμα διαφορετικές ταχύτητες μετάδοσης των δύο τρόπων πόλωσης, με αποτέλεσμα τη χρονική καθυστέρηση και τη διασπορά της λειτουργίας πόλωσης.