ファイバー分散とは?分散を補償するには?

ファイバー分散は、ファイバー内の入力信号の伝搬状態を示します。 これは、光信号の異なる周波数成分または異なるモード成分が異なる速度で伝播することによって引き起こされる信号の歪みを指します。主に、モード間分散、クロミナンス分散、および偏波モード分散の 3 つのケースが含まれます。

モード間分散は、マルチモード ファイバやその他の導波路で発生する信号の歪みメカニズムです。マルチモード ファイバでは、異なる入射角でファイバに入射する光線がパスまたはパターンとして定義されます。各モードの伝送パスが異なるため、その伝送速度（群速度）も異なるため、光ファイバ端に到達する信号伝送モード間には時間差があります。下のステップインデックス マルチモード ファイバに示すように、クラッド/コア境界の間を前後に移動し、導波路に沿ってジグザグに移動します。実際には、光が屈折するとすぐに、モード間/モード分散が発生します。は伝送経路と正の相関があります。つまり、高次モードによって生じるモード間分散 (光線が長い距離にわたって大きな角度で入射する) は、低次モードによって生じる分散よりも高くなります。 -order モード (光線は短い距離に対して小さい角度で入ります)。

マルチモード ファイバは、同時に最大 17 の光線伝播モードに対応でき、モード間分散はシングル モード ファイバよりもはるかに大きくなります。これは、シングルモード ファイバが単一の伝播モードを持っているためです。ただし、グレーデッド インデックス マルチモード ファイバを使用すると状況は異なります。光も異なるモードで伝搬しますが、ファイバ コアの不均一な屈折率により、光線の経路は直線ではなく曲線であり、光線の伝播速度も変化します。 したがって、適切な屈折率分布を選択することにより、モード間分散を大幅に低減することができます。

材料分散は、コア材料の波長に対する屈折率の依存性によって引き起こされますが、導波路分散は、ファイバ パラメータ (コア半径、コアとコアの間の屈折率の差) に対するモード伝搬定数の依存性によって引き起こされます。特定の周波数では、材料の分散と導波路の分散が相殺されるため、0 の色分散に近い波長が得られます。実際、色分散は常に有害であるとは限りません。 G.652 光ファイバーはその一例です。

偏波モード分散 (PMD) は、光ファイバー内の光波の伝搬特性の偏波依存性を反映しています。実際の光ファイバーには、互いに直交する 2 つの偏波モードがあります。 理想的には、2 つの偏波モードは同じ波動伝搬特性を持つ必要がありますが、一般に、異なる偏波モードには微妙な違いがあります。これは、伝搬プロセスにおける温度、圧力、およびその他の要因の変化または乱れによるものであり、異なる結果となります。 2 つの偏波モードの伝送速度が異なるため、時間遅延と偏波モード分散が発生します。