Dispersion
Last updated
Last updated
Optische vezeldispersie of dispersion beschrijft het proces van hoe een ingangssignaal zich verbreedt/verspreidt terwijl het zich voortplant/door de vezel reist. Normaal gesproken omvat dispersie in glasvezelkabels: modal dispersion, chromatic dispersion en polarisationmodus dispersion.
Modal dispersion is een vervormingsmechanisme dat optreedt in multimode-vezels en andere golfgeleiders, waarbij het signaal in de tijd wordt gespreid vanwege verschillende voortplantingssnelheden voor alle modi. Zoals we weten, zullen lichtstralen die de vezel binnenkomen onder verschillende invalshoeken via verschillende paden/modi gaan. Sommige van deze lichtstralen zullen recht door het midden van de vezel reizen (axiale modus), terwijl andere herhaaldelijk terugkaatsen van de core/cladding grens om hun weg langs de golfgeleider te zigzaggen, zoals hieronder geïllustreerd met een stap-index multimode-vezel. Telkens wanneer er een bounce-off is, vindt modale dispersie (of intermodale dispersie) plaats. Hoe langer het pad is, hoe hoger de modelspreiding zal zijn. De modi van hoge orde (licht dat onder scherpe hoeken binnenkomt) hebben bijvoorbeeld meer modelspreiding dan modi van lage orde (licht dat onder kleinere hoeken binnenkomt).
Multimode-vezel kan tot 17 lichtmodi tegelijk ondersteunen, met veel modale dispersie. Terwijl, als de vezel een vezel single-mode is, er geen modale dispersie zal zijn, aangezien er slechts één modus is en het licht langs de vezelas binnenkomt (binnenkomt in axiale modus) zonder terug te kaatsen van de bekledingsgrens.
Dit geldt niet voor een multimode graded index fiibre. Hoewel de lichtstralen zich ook in verschillende modi verplaatsen, zal de modale dispersie sterk afnemen vanwege de verschillende lichtvoortplantingssnelheden.
Chromatic dispersion is een fenomeen van signaalspreiding in de tijd als gevolg van de verschillende snelheden van lichtstralen. De chromatic dispersion is de combinatie van de materiaal- en golfgeleiderdispersie-effecten.
Materiaaldispersie wordt veroorzaakt door de golflengte-afhankelijkheid van de brekingsindex op het vezelkernmateriaal. Golfgeleiderdispersie treedt op als gevolg van afhankelijkheid van de modepropagatieconstante van de vezelparameters (kernstraal en verschil tussen brekingsindexen in vezelkern en vezelbekleding) en signaalgolflengte. Bij een bepaalde frequentie kunnen deze twee effecten elkaar opheffen, waardoor een golflengte ontstaat met een chromatische dispersie van ongeveer 0.
Bovendien is chromatic dispersion niet altijd een slechte zaak. Licht reist met verschillende snelheden op verschillende golflengten of materialen. Deze variërende snelheden zorgen ervoor dat pulsen zich verspreiden of samendrukken terwijl ze door de vezel reizen, waardoor het mogelijk is om het brekingsindexprofiel aan te passen om vezels voor verschillende toepassingen te produceren. Zo zijn bijvoorbeeld de G.652-vezels ontworpen.
Polarisationmodus dispersion (PMD) vertegenwoordigt de polarisatie-afhankelijkheid van de voortplantingskenmerken van lichtgolven in optische vezels. In optische vezels is er meestal een klein verschil in de voortplantingskenmerken van lichtgolven met verschillende polarisatietoestanden. Wanneer het licht wordt gedefinieerd als een energiegolf of energiegebied, bezit het 2 onderling loodrechte assen, namelijk de elektromotorische kracht en de magnetomotorische kracht. Op het moment dat de energie binnen deze twee assen met verschillende snelheden in een vezel wordt overgedragen, treedt PMD op.
PMD heeft kleine effecten voor netwerken waarvan de verbindingssnelheden lager zijn dan 2,5 Gbps, zelfs als de transmissieafstand langer is dan 1000 km. Naarmate de snelheden toenemen, wordt het echter een belangrijkere parameter, vooral wanneer de snelheden hoger zijn dan 10 Gbps. Naast de belangrijke inherente PMD die wordt veroorzaakt door het glasproductieproces, kan de PMD ook worden beïnvloed of veroorzaakt door de glasvezelbekabeling, installatie en de bedrijfsomgeving van de kabel.
Dispersion heeft dus algemeen als gevolg dat de puls die uit de glavezel komt, breder is dan de puls die we er instoppen. Hoe meer dispersion, hoe breder de puls. Dit heeft natuurlijk een invloed op de snelheid waarmee we lichtpulsen door de glasvezel kunnen sturen. Er moet immers steeds voldoende tijd tussen de verschillende input pulsen zijn, opdat de outputpulsen niet zoden overlappen.
Wanneer de outputpulsen overlappen, kan krijgen we een fout uitgangssignaal dat niet meer omgezet kan worden naar bits.
