Поляризационная модовая дисперсия ( PMD ) — это форма модовой дисперсии , при которой две различные поляризации света в волноводе , которые обычно распространяются с одинаковой скоростью, распространяются с разной скоростью из-за случайных несовершенств и асимметрий, вызывая случайное распространение оптических импульсов . Если это не компенсировать, что сложно, это в конечном итоге ограничивает скорость, с которой данные могут передаваться по волокну.
В идеальном оптическом волокне сердцевина имеет идеально круглое поперечное сечение. В этом случае основная мода имеет две ортогональные поляризации (ориентации электрического поля ), которые распространяются с одинаковой скоростью . Сигнал, передаваемый по волокну, имеет случайную поляризацию, т. е. случайную суперпозицию этих двух поляризаций, но это не имело бы значения в идеальном волокне, поскольку две поляризации распространялись бы одинаково (вырождены ) .
Однако в реальном волокне есть случайные дефекты, которые нарушают круговую симметрию, заставляя две поляризации распространяться с разной скоростью. В этом случае два поляризационных компонента сигнала будут медленно разделяться, например, заставляя импульсы распространяться и перекрываться. Поскольку дефекты случайны, эффекты распространения импульсов соответствуют случайному блужданию и , таким образом, имеют средний зависящий от поляризации временной дифференциал Δ τ (также называемый дифференциальной групповой задержкой , или DGD), пропорциональный квадратному корню из расстояния распространения L :
D PMD — параметр PMD волокна, обычно измеряемый в пс / √км , мера прочности и частоты дефектов.
Случайные дефекты, нарушающие симметрию, делятся на несколько категорий. Во-первых, это геометрическая асимметрия, например, слегка эллиптические сердечники. Во-вторых, это вызванные напряжением двулучепреломления материалов , при которых сам показатель преломления зависит от поляризации. Оба эти эффекта могут быть вызваны либо несовершенством производства (которое никогда не бывает идеальным или свободным от напряжений), либо термическими и механическими напряжениями, накладываемыми на волокно в полевых условиях — более того, последние напряжения обычно меняются со временем.
Система компенсации PMD — это устройство, которое использует контроллер поляризации для компенсации PMD в волокнах . По сути, выход волокна разделяется на две основные поляризации (обычно те, у которых dτ dω = 0 , т. е. нет изменения первого порядка задержки по времени с частотой ), и применяется дифференциальная задержка для их повторной синхронизации. Поскольку эффекты PMD являются случайными и зависят от времени, для этого требуется активное устройство, которое реагирует на обратную связь с течением времени. Поэтому такие системы дороги и сложны; в сочетании с тем фактом, что PMD пока не является ограничивающим фактором в более низких скоростях передачи данных, которые все еще широко используются, это означает, что системы компенсации PMD получили ограниченное распространение в крупномасштабных телекоммуникационных системах.
Другой альтернативой было бы использование волокна, сохраняющего поляризацию ( волокно PM ), волокна, симметрия которого настолько сильно нарушена (например, сильно эллиптическая сердцевина), что входная поляризация вдоль главной оси сохраняется на всем пути к выходу. Поскольку вторая поляризация никогда не возбуждается, PMD не возникает. Однако в настоящее время такие волокна имеют практические проблемы, такие как более высокие потери, чем у обычного оптического волокна, и более высокая стоимость. Расширением этой идеи является волокно с одной поляризацией, в котором только одно состояние поляризации может распространяться вдоль волокна (другая поляризация не направляется и выходит).
Связанный эффект — поляризационно-зависимые потери (PDL), при которых две поляризации испытывают разные скорости потерь в волокне, опять же из-за асимметрии. PDL также ухудшает качество сигнала.
Строго говоря, для того, чтобы иметь два вырожденных состояния поляризации, не требуется круговой сердечник. Вместо этого требуется сердечник, группа симметрии которого допускает двумерное неприводимое представление . Например, квадратный или равносторонний треугольный сердечник также будет иметь два равноскоростных решения поляризации для основной моды; такие общие формы также возникают в фотонно-кристаллических волокнах . Опять же, любые случайные несовершенства, которые нарушают симметрию, приведут к ПМД в таком волноводе.
