Какво е дисперсия на влакна? Как да компенсираме дисперсията?

Дисперсията на влакното показва състоянието на разпространение на входния сигнал във влакното. Отнася се до изкривяването на сигнала, причинено от разпространението на различни честотни компоненти или компоненти на различни режими на оптичния сигнал при различни скорости. Включва главно три случая: междумодова дисперсия, дисперсия на цветността и дисперсия на поляризационния режим.

Интермодовата дисперсия е механизъм за изкривяване на сигнала, който се появява в многомодови влакна и други вълноводи. В многомодовото влакно светлинните лъчи, навлизащи във влакното при различни ъгли на падане, се определят като път или модел. Тъй като пътят на предаване на всеки режим е различен, неговите скоростта на предаване (т.е. груповата скорост) също е различна, така че има разлика във времето между режимите на предаване на сигнала за достигане до терминала за оптични влакна. Като цяло, част от светлината преминава директно през сърцевината (в аксиален режим), докато други се връщат обратно и напред между границите на обвивката/сърцевината и се движат зигзагообразно по вълновода, както е показано на многомодовото влакно със стъпков индекс по-долу. Факт е, че веднага щом светлината се пречупи, настъпва междумодова/модова дисперсия. Сред тях, междумодовата дисперсия има положителна корелация с пътя на предаване, т.е. междумодовата дисперсия, причинена от режима от висок ред (лъчът навлиза под по-голям ъгъл за по-голямо разстояние) е по-висока от тази, причинена от ниския - режим на поръчка (лъчът влиза под по-малък ъгъл за по-късо разстояние).

Многомодовото влакно може да поеме до 17 режима на разпространение на лъча едновременно и неговата интермодова дисперсия е много по-висока от тази на едномодовото влакно. Това е така, защото едномодовите влакна имат единичен режим на разпространение, т.е. светлината се движи по сърцевината (аксиално режим), без да се отразява от границата на обвивката, така че не се получава междумодова дисперсия. Въпреки това, ако се използва многомодово влакно с градуиран индекс, ситуацията е различна. Въпреки че светлината също се разпространява в различни режими, поради неравномерния индекс на пречупване на сърцевината на влакното, пътят на светлинните лъчи не е права линия, а крива и скоростта на разпространение на светлинните лъчи също се променя. Следователно дисперсията между режимите може да бъде значително намалена чрез избор на подходящо разпределение на индекса на пречупване.

Дисперсията на материала се причинява от зависимостта на индекса на пречупване от дължината на вълната на материала на сърцевината, докато дисперсията на вълновода се причинява от зависимостта на константата на разпространение на модата от параметрите на влакното (радиус на сърцевината, разликата в индекса на пречупване между сърцевината и обвивката) и дължината на вълната на сигнала. При определени честоти дисперсията на материала и дисперсията на вълновода могат взаимно да се компенсират, така че да се получи дължина на вълната, приближаваща се до 0 цветната дисперсия. Всъщност дисперсията на цветността не винаги е вредна. Светлината пътува при различни скорости при различни дължини на вълните или материали, което води до разширяване или компресиране на светлинните импулси във влакното, което прави възможно персонализирането на профилите на индекса на пречупване за производство на влакна за различни цели. Оптичното влакно G.652 е един пример.

Дисперсията на поляризационния режим (PMD) отразява поляризационната зависимост на характеристиките на разпространение на светлинните вълни в оптичните влакна. В действителните оптични влакна има два поляризационни режима, които са перпендикулярни един на друг. В идеалния случай двата поляризационни режима трябва да имат еднакви характеристики на разпространение на вълните, но като цяло има фини разлики между различните поляризационни режими. Това се дължи на промяната или смущението на температурата, налягането и други фактори в процеса на разпространение, което води до различни скорости на предаване на двата поляризационни режима, което води до забавяне във времето и дисперсия на поляризационния режим.