Dispersion av polarisationsläge

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 30 januari 2020; verifiering kräver 1 redigering .

Polarisation mode dispersion ( eng.  Polarization mode dispersion, förkortning PMD ) är en form av modal dispersion, när två olika polarisationer av ljus i en vågledare , som vanligtvis rör sig med samma hastighet, fortplantar sig med olika hastigheter på grund av slumpmässiga defekter och asymmetrier, vilket orsakar slumpmässig spridning av optiska impulser. På grund av svårigheten att kompensera, begränsar detta fenomen i slutändan hastigheten med vilken data kan överföras över fiber.

Översikt

I en idealisk optisk fiber har kärnan ett perfekt runt tvärsnitt. I det här fallet har grundläget två ortogonala polarisationer ( elektriska fältorienteringar ) som färdas med samma hastighet . Signalen som sänds över fibern är slumpmässigt polariserad, det vill säga en slumpmässig överlagring av dessa två polarisationer. I en ideal fiber spelar detta ingen roll, eftersom de två polarisationerna kommer att fortplanta sig lika.

I en riktig fiber finns det dock slumpmässiga defekter som bryter den cirkulära symmetrin, vilket resulterar i olika fortplantningshastigheter för de två polarisationerna. I detta fall kommer signalens två polarisationskomponenter långsamt att separeras, till exempel, vilket får pulserna att fortplanta sig och överlappa varandra. Eftersom defekter är slumpmässiga, följer pulsutbredningseffekter en slumpmässig gång och har därför en genomsnittlig polarisationsberoende tidsskillnad Δ τ (även kallad differential group delay eller DGD) proportionell mot kvadratroten av fortplantningsavståndet.   L  :

D PMD är PMD-parametern för en fiber, vanligtvis mätt i ps/ √km , ett mått på styrkan och frekvensen av defekter.

Slumpmässiga defekter som bryter symmetri delas in i flera kategorier. För det första finns det geometrisk asymmetri, såsom lätt elliptiska kärnor. För det andra finns det spänningsinducerade dubbelbrytningar , där själva brytningsindexet beror på polarisationen. Båda dessa effekter kan bero antingen på brister i tillverkningen (som aldrig är perfekt eller spänningsfri) eller på termiska och mekaniska påfrestningar som utsätts för fibrerna i området - dessutom tenderar de senare påfrestningarna att förändras med tiden.

PMD-kompensation

Ett PMD-kompensationssystem är en enhet som använder en polarisationskontroller för att kompensera för PMD i fibrer . I huvudsak är fiberutgången uppdelad i två fundamentala polarisationer (typiskt med dτ dω = 0, d.v.s. ingen första ordningens tidsfördröjningsförändring med frekvensen ), och tillämpar en differentiell fördröjning för att återsynkronisera dem. Eftersom effekterna av PMD är slumpmässiga och tidsberoende, kräver den en aktiv enhet som svarar på feedback som en funktion av tiden . Därför är sådana system dyra och komplexa. På grund av det faktum att PMD inte är en begränsande faktor för de lägre datahastigheterna som fortfarande används allmänt, innebär detta att PMD-kompensationssystem är av begränsad användning i stora telekommunikationssystem.

Ett annat alternativ skulle vara att använda en polarisationsupprätthållande fiber (PM-fibrer), en fiber vars symmetri är så allvarligt bruten (t.ex. en starkt elliptisk kärna) att polarisationen vid ingången längs huvudaxeln bibehålls hela vägen till utgången . Eftersom den andra polariseringen aldrig exciteras, inträffar inte PMD. Emellertid har sådana fibrer för närvarande praktiska problem såsom högre förlust än konventionell optisk fiber och högre kostnad. En förlängning av denna idé är en enkelpolarisationsfiber, i vilken endast ett polarisationstillstånd kan fortplanta sig i fibern (den andra polarisationen är inte styrd och utesluten).

Besläktade fenomen

En relaterad effekt är polarisationsberoende förlust (PDL), där de två polarisationerna lider av olika fiberförlusthastigheter, återigen på grund av asymmetri. PDL försämrar också signalkvaliteten.

Strängt taget krävs inte en cirkulär kärna för att ha två degenererade polarisationstillstånd. Snarare, vad som krävs är en kärna vars symmetrigrupp tillåter en tvådimensionell irreducerbar representation . Till exempel kommer en kvadratisk eller liksidig triangulär kärna också att ha två polarisationslösningar med samma hastighet för grundmoden; sådana vanliga former förekommer också i fotoniska kristallfibrer . Återigen kan alla slumpmässiga defekter som bryter symmetrin leda till PMD i en sådan vågledare.

Anteckningar

Länkar