Модовая дисперсия — это механизм искажения, возникающий в многомодовых волокнах и других волноводах , в котором сигнал распространяется во времени, поскольку скорость распространения оптического сигнала не одинакова для всех мод . Другие названия этого явления включают многомодовое искажение , многомодовую дисперсию , модовое искажение , интермодовое искажение , интермодовую дисперсию и интермодовое искажение задержки . [1] [2]
В аналогии с лучевой оптикой модовую дисперсию в оптическом волокне со ступенчатым показателем преломления можно сравнить с многолучевым распространением радиосигнала . Лучи света входят в волокно под разными углами к оси волокна , вплоть до угла приема волокна . Лучи, которые входят под меньшим углом , движутся по более прямому пути и приходят раньше, чем лучи, которые входят под более крутым углом (которые отражаются гораздо больше раз от границ сердечника, проходя по длине волокна). Поступление различных компонентов сигнала в разное время искажает форму. [3]
Модовая дисперсия ограничивает полосу пропускания многомодовых волокон. Например, типичное волокно со ступенчатым показателем преломления с сердечником 50 мкм будет ограничено примерно 20 МГц на длине в один километр, другими словами, полосой пропускания 20 МГц·км. Модовая дисперсия может быть значительно уменьшена, но никогда не устранена полностью, путем использования сердечника с градиентным профилем показателя преломления . Однако многомодовые волокна с градиентным показателем преломления, имеющие полосу пропускания, превышающую 3,5 ГГц·км на 850 нм, в настоящее время обычно производятся для использования в каналах передачи данных со скоростью 10 Гбит/с.
Модовую дисперсию не следует путать с хроматической дисперсией , искажением, которое возникает из-за различий в скорости распространения различных длин волн света. Модовая дисперсия возникает даже при идеальном, монохроматическом источнике света.
Частным случаем модовой дисперсии является поляризационная модовая дисперсия (ПМД), явление дисперсии волокна, обычно связанное с одномодовыми волокнами. ПМД возникает, когда две моды, которые обычно движутся с одинаковой скоростью из-за геометрической симметрии и симметрии напряжения сердцевины волокна (например, две ортогональные поляризации в волноводе круглого или квадратного сечения), движутся с разной скоростью из-за случайных несовершенств, которые нарушают симметрию.
В многомодовом оптическом волокне с множеством распространяющихся длин волн иногда бывает трудно определить диспергированную длину волны из всех имеющихся длин волн, если еще не возникла проблема ухудшения обслуживания. Можно сравнить текущую оптическую мощность каждой длины волны с проектными значениями и поискать различия. После этого оптическое волокно тестируется от начала до конца. Если потерь не обнаружено, то, скорее всего, с этой конкретной длиной волны есть дисперсия. Обычно инженеры начинают тестировать волокно по секциям, пока не дойдут до затронутого участка; проверяются все длины волн, и затронутая длина волны приводит к потере на дальнем конце волокна. Можно легко рассчитать, какая часть волокна затронута, и заменить эту часть волокна на новую. Замена оптического волокна требуется только в случае интенсивной дисперсии и нарушения обслуживания; в противном случае можно использовать различные методы для компенсации дисперсии.