Дисперсия мод поляризации
 | Эта статья включает список литературы , связанную литературу или внешние ссылки , но ее источники остаются неясными, поскольку в ней отсутствуют встроенные цитаты . ( Июль 2023 г. ) |
Дисперсия мод поляризации ( PMD ) — это форма модовой дисперсии , при которой две разные поляризации света в волноводе , которые обычно движутся с одинаковой скоростью, движутся с разными скоростями из-за случайных несовершенств и асимметрии, вызывая случайное распространение оптических импульсов . Если его не компенсировать, что сложно, это в конечном итоге ограничивает скорость передачи данных по оптоволокну.
Обзор
[ редактировать ]В идеальном оптическом волокне сердцевина имеет идеально круглое поперечное сечение. В этом случае основная мода имеет две ортогональные поляризации (ориентации электрического поля ), которые движутся с одинаковой скоростью . Сигнал, передаваемый по волокну, поляризован случайным образом, т.е. представляет собой случайную суперпозицию этих двух поляризаций, но в идеальном волокне это не имеет значения, поскольку две поляризации будут распространяться одинаково (вырождены ) .
Однако в реалистичном волокне имеются случайные дефекты, которые нарушают круговую симметрию, в результате чего две поляризации распространяются с разными скоростями. В этом случае две поляризационные компоненты сигнала будут медленно разделяться, например, вызывая растекание и перекрытие импульсов. Поскольку несовершенства являются случайными, эффекты распространения импульса соответствуют случайному блужданию и, таким образом, имеют средний зависящий от поляризации дифференциал времени Δ τ (также называемый дифференциальной групповой задержкой или DGD), пропорциональный квадратному корню из расстояния распространения L :
D PMD — это параметр PMD волокна, обычно измеряемый в пс / √ км и являющийся мерой прочности и частоты дефектов.
Случайные дефекты, нарушающие симметрию, делятся на несколько категорий. Во-первых, существует геометрическая асимметрия, например, слегка эллиптические ядра. Во-вторых, существует двойное лучепреломление материала, вызванное напряжением , при котором сам показатель преломления зависит от поляризации. Оба этих эффекта могут быть вызваны либо несовершенством производства (которое никогда не бывает идеальным и свободным от напряжений), либо термическими и механическими напряжениями, воздействующими на волокно в полевых условиях — причем последние напряжения обычно меняются со временем.
Компенсация PMD
[ редактировать ]Система компенсации PMD — это устройство, которое использует контроллер поляризации для компенсации PMD в волокнах . По сути, выходной сигнал волокна разделяется на две основные поляризации (обычно те, у которых dτ dω = 0 , т.е. нет изменения временной задержки первого порядка с частотой ) и применяется дифференциальная задержка для их повторной синхронизации. Поскольку эффекты PMD случайны 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 еще не является ограничивающим фактором для более низких скоростей передачи данных, которые все еще широко используются, это означает, что системы компенсации PMD получили ограниченное применение в крупномасштабных телекоммуникационных системах.
Другой альтернативой может быть использование волокна, поддерживающего поляризацию ( волокно PM ), волокна, симметрия которого настолько сильно нарушена (например, высокоэллиптическая сердцевина), что входная поляризация вдоль главной оси сохраняется на всем пути к выходу. Поскольку вторая поляризация никогда не возбуждается, ПМД 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 по волокну может распространяться только одно состояние поляризации (другая поляризация не направляется и ускользает).
Связанные явления
[ редактировать ]Связанным с этим эффектом являются потери, зависящие от поляризации (PDL), при которых две поляризации испытывают разные скорости потерь в волокне из-за, опять же, асимметрии. PDL аналогичным образом ухудшает качество сигнала.
Строго говоря, для существования двух вырожденных состояний поляризации не требуется круглое ядро. Скорее, требуется ядро, группа симметрии которого допускает двумерное неприводимое представление . Например, сердечник квадрата или равностороннего треугольника также будет иметь два решения поляризации с одинаковой скоростью для основной моды; такие общие формы возникают и в фотонно-кристаллических волокнах . Опять же, любые случайные дефекты, нарушающие симметрию, могут привести к PMD в таком волноводе.
Ссылки
[ редактировать ]- Раджив Рамасвами и Кумар Н. Сивараджан, Оптические сети: практическая перспектива (Харкорт: Сан-Диего, 1998).
- Джей Н. Дамаск, Поляризационная оптика в телекоммуникациях (Springer: Нью-Йорк, 2004 г.)