Wat is vezelverspreiding? Hoe dispersie te compenseren?

Vezelverspreiding toont de voortplantingstoestand van het ingangssignaal in de vezel. Het verwijst naar de signaalvervorming die wordt veroorzaakt door de voortplanting van verschillende frequentiecomponenten of verschillende moduscomponenten van het optische signaal met verschillende snelheden. Het omvat voornamelijk drie gevallen: intermode-dispersie, chrominantie-dispersie en polarisatiemodus-dispersie.

Intermode-dispersie is een signaalvervormingsmechanisme dat optreedt in multimode-vezels en andere golfgeleiders. In een multimode-vezel worden lichtstralen die de vezel binnenkomen onder verschillende invalshoeken gedefinieerd als een pad of een patroon. Aangezien het transmissiepad van elke modus anders is, is de transmissiesnelheid (dwz groepssnelheid) is ook anders, dus er is een tijdsverschil tussen de signaaltransmissiemodi om de optische vezelterminal te bereiken. Over het algemeen gaat wat licht rechtstreeks door de kern (in axiale modus), terwijl andere terugkaatsen en weer tussen bekledings-/kerngrenzen en reis zigzag langs de golfgeleider, zoals weergegeven in de step-index multimode fiber hieronder. Het feit is dat zodra licht wordt gebroken, intermode/mode dispersie optreedt. Onder hen, de intermode dispersie is positief gecorreleerd met het transmissiepad, dat wil zeggen, de inter-mode dispersie veroorzaakt door de hoge-orde modus (de straal komt onder een grotere hoek binnen over een langere afstand) is hoger dan die veroorzaakt door de lage -volgordemodus (de straal komt onder een kleinere hoek binnen voor een kortere afstand).

Multimode-vezel kan tegelijkertijd tot 17 straalvoortplantingsmodi accommoderen, en de intermode-verspreiding is veel hoger dan die van single-mode-vezel. Dit komt omdat single-mode-vezels een enkele voortplantingsmodus hebben, dwz licht reist langs de kern (axiaal modus) zonder weerkaatsing van de bekledingsgrens, zodat er geen intermode dispersie optreedt. Als echter een multimode vezel met graduele index wordt gebruikt, is de situatie anders. Hoewel licht zich ook in verschillende modi voortplant, vanwege de ongelijke brekingsindex van de vezelkern, het pad van lichtstralen is geen rechte lijn maar een kromme, en ook de voortplantingssnelheid van lichtstralen verandert. Daarom kan de spreiding tussen modi aanzienlijk worden verminderd door de juiste brekingsindexverdeling te selecteren.

De materiaaldispersie wordt veroorzaakt door de afhankelijkheid van de brekingsindex van de golflengte van het kernmateriaal, terwijl de golfgeleiderdispersie wordt veroorzaakt door de afhankelijkheid van de modusvoortplantingsconstante van de vezelparameters (kernradius, het verschil in brekingsindex tussen de kern en de bekleding) en de signaalgolflengte. Bij bepaalde frequenties kunnen materiaalverstrooiing en golfgeleiderverspreiding elkaar opheffen, zodat een golflengte wordt verkregen die de 0 chromaverstrooiing benadert. In feite is chrominantieverspreiding niet altijd schadelijk. Licht reist met verschillende snelheden in verschillende golflengten of materialen, waardoor lichtpulsen worden verbreed of gecomprimeerd in de vezel, wat het mogelijk maakt om brekingsindexprofielen aan te passen om vezels voor verschillende doeleinden te produceren. De G.652 optische vezel is een voorbeeld.

Polarisatiemodusdispersie (PMD) weerspiegelt de polarisatieafhankelijkheid van de voortplantingskarakteristieken van lichtgolven in optische vezels. In echte optische vezels zijn er twee polarisatiemodi die loodrecht op elkaar staan. Idealiter zouden de twee polarisatiemodi dezelfde golfvoortplantingskarakteristieken moeten hebben, maar over het algemeen zijn er subtiele verschillen tussen de verschillende polarisatiemodi. Dit komt door de verandering of verstoring van temperatuur, druk en andere factoren in het voortplantingsproces, resulterend in verschillende transmissiesnelheden van de twee polarisatiemodi, resulterend in tijdsvertraging en polarisatiemodusdispersie.