Dyspersja modalna

Dyspersja modalna to mechanizm zniekształcenia występujący we światłowodach wielomodowych i innych falowodach , w którym sygnał jest rozłożony w czasie, ponieważ prędkość propagacji sygnału optycznego nie jest taka sama dla wszystkich modów . Inne nazwy tego zjawiska to zniekształcenie wielomodowe , dyspersja wielomodowa , zniekształcenie modalne , zniekształcenie intermodalne , dyspersja intermodalna i zniekształcenie opóźnienia intermodalnego .

W analogii z optyką promieniową dyspersję modalną w światłowodzie o współczynniku skokowym można porównać do wielościeżkowej propagacji sygnału radiowego . Promienie światła wpadają do włókna pod różnymi kątami do osi włókna , aż do kąta akceptacji włókna . Promienie wchodzące pod mniejszym kątem poruszają się po bardziej bezpośredniej ścieżce i docierają wcześniej niż promienie wchodzące pod bardziej stromym kątem (które odbijają znacznie więcej razy poza granice rdzenia, gdy przemieszczają się wzdłuż włókna). Pojawienie się różnych składowych sygnału w różnym czasie zniekształca kształt.

Dyspersja modalna ogranicza przepustowość światłowodów wielomodowych. Na przykład typowe włókno o współczynniku skokowym z rdzeniem 50 μm byłoby ograniczone do około 20 MHz na długości jednego kilometra, innymi słowy, szerokość pasma wynosiłaby 20 MHz·km. Dyspersję modalną można znacznie zmniejszyć, ale nigdy całkowicie wyeliminować, stosując rdzeń o stopniowanym profilu współczynnika załamania światła . Jednak wielomodowe światłowody o stopniowanym indeksie o szerokości pasma przekraczającej 3,5 GHz·km przy 850 nm są obecnie powszechnie produkowane do użytku w łączach danych 10 Gbit/s.

Dyspersji modalnej nie należy mylić z dyspersją chromatyczną , zniekształceniem wynikającym z różnic w prędkości propagacji różnych długości fal światła. Dyspersja modalna występuje nawet przy idealnym, monochromatycznym źródle światła.

Szczególnym przypadkiem dyspersji modalnej jest dyspersja modów polaryzacyjnych (PMD), zjawisko dyspersji włókien zwykle związane z włóknami jednomodowymi. PMD powstaje, gdy dwa mody, które normalnie poruszają się z tą samą prędkością ze względu na geometrię rdzenia światłowodu i symetrię naprężeń (na przykład dwie ortogonalne polaryzacje w falowodzie o przekroju kołowym lub kwadratowym), poruszają się z różnymi prędkościami z powodu przypadkowych niedoskonałości, które łamią symetria.

Rozwiązywanie problemów

W światłowodzie wielomodowym, w którym propaguje się wiele długości fal, czasami trudno jest zidentyfikować rozproszoną długość fali spośród wszystkich obecnych długości fal, jeśli nie występuje jeszcze problem degradacji usług. Można porównać obecną moc optyczną każdej długości fali z zaprojektowanymi wartościami i poszukać różnic. Następnie światłowód jest testowany od końca do końca. Jeśli nie zostanie wykryta żadna strata, najprawdopodobniej istnieje dyspersja przy tej konkretnej długości fali. Zwykle inżynierowie rozpoczynają testowanie włókna sekcja po sekcji, aż dotrą do sekcji, której dotyczy problem; wszystkie długości fal są testowane, a długość fali, na którą ma wpływ, powoduje straty na drugim końcu światłowodu. Można łatwo obliczyć, jaka część włókna jest uszkodzona i wymienić tę część włókna na nową. Wymiana światłowodu jest wymagana tylko wtedy, gdy występuje intensywna dyspersja i ma to wpływ na usługę; w przeciwnym razie można zastosować różne metody kompensacji dyspersji.

Linki zewnętrzne

• Interaktywne webdemo dla dyspersji modalnej Instytut Telekomunikacji, Uniwersytet w Stuttgarcie