Поляризационная модовая дисперсия
Важнейшей тенденцией в развитии ВОЛС является увеличение скорости передачи информации и полосы частот передаваемых по волокну сигналов. В настоящее время уже существуют коммерческие ВОЛС, обеспечивающие скорости передачи информации до 100 Гбит/с, и имеются все предпосылки и технические возможности для создания ВОЛС на скорости передачи информации до 1000 Гбит/с на расстояния до тысячи километров.
При таких скоростях существенное влияние на качество передачи информации начинает оказывать поляризационно-модовая дисперсия (ПМД) волокна, которая до последнего времени не принималась во внимание. К настоящему времени ведущие производители оптических волокон уже ввели спецификацию на ПМД волокна.
Поляризационная модовая дисперсия pmd (polarization mode dispersion) возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Коэффициент удельной дисперсии T нормируется в расчете на 1 км и имеет размерность (пс/км1/2), а pmd растет с расстоянием по закону pmd=T·L1/2. Для учета вклада в результирующую дисперсию следует добавить слагаемое 2pmd в правую часть (2-13). Из-за небольшой величины pmd может проявляться исключительно в одномодовом волокне, причем когда используется передача широкополосного сигнала (полоса пропускания 2,4 Гбит/c и выше) с очень узкой спектральной полосой излучения 0,1 нм и меньше. В этом случае поляризационная модовая дисперсия становится сравнимой с хроматической дисперсией.
В одномодовом волокне в действительности может распространяться не одна мода, а две фундаментальные моды - две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. В идеальном волокне, в котором отсутствуют неоднородности по геометрии, две моды распространялись бы с одной и той же скоростью, рис. 2.11 а. Однако на практике волокна имеют не идеальную геометрию, что приводит к различной скорости распространения двух поляризационных составляющих мод, рис. 2.11 б.
Рисунок - Появление поляризационной модовой дисперсии
Избыточный уровень pmd, проявляясь вместе с чирпированным модулированным сигналом от лазера, а также поляризационной зависимостью потерь, может приводить к временным колебаниям амплитуды аналогового видеосигнала. В результате ухудшается качество изображения, или появляются диагональные полосы на телевизионном экране. При передаче цифрового сигнала высокой скорости (>2,4 Гбит/с) из-за наличия pmd может возрастать битовая скорость появления ошибок.
Главной причиной возникновения поляризационной модовой дисперсии является некруглость (овальность) профиля сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатации волокна. При изготовлении волокна только строгий контроль позволяет достичь низких значений этого параметра.
Разность в скоростях распространения ортогональных мод в волокне может быть вызвана целым рядом причин, которые в общем случае влияют на такие характеристики волокна как двулучепреломление и взаимодействие или смешение мод. Двойное лучепреломление (или двулучепреломление) обусловлено разницей значений показателей преломления для двух ортогональных мод. Чем выше двулучепреломление в волокне, тем больше его ПМД. Взаимодействие или смешение мод происходит на тех участках волокна, где осуществляется обмен энергией световой волны между быстрыми и медленными модами, например в местах соединения волокон или изгибах. Следовательно, результирующая ПМД складывается случайным образом, и величина ПМД носит случайный характер. Именно поэтому на длинных отрезках волокна значение ПМД пропорционально квадратному корню из длины волокна L.
ПМД влияет на работу ВОЛС так же, как и хроматическая дисперсия, но механизм уширения импульсов в этих случаях различен. Существенным отличием ПМД от хроматической дисперсии является тот факт, что влияние хроматической дисперсии в линии можно компенсировать, в то время как методов компенсации влияния ПМД в настоящее время не существует. Как отмечалось выше, в прошлом влияние ПМД не принималось во внимание, поскольку скорости передачи, а также расстояния между регенераторами в ВОЛС были относительно невелики. В настоящее время, когда скорости передачи достигают сотен Гбит/с, а расстояния между оптическими регенераторами в ВОЛС - сотен километров, ПМД становится ограничивающим фактором при разработке ВОЛС. Таким образом, чтобы дать разработчикам ВОЛС возможность эффективно учитывать роль ПМД в технических характеристиках ВОЛС, становится необходимым оговаривать величину ПМД в спецификации волокна и кабеля. ПМД может быть ограничивающим фактором, как для цифровых, так и аналоговых систем. При создании высококачественных аналоговых систем кабельного телевидения протяженностью более 50 км уже необходимо учитывать ПМД, так как в таких системах предъявляются высокие требования к отношению сигнал/шум. Сейчас, по-видимому, уже и волоконные сети доступа будут нуждаться в спецификации ПМД, иначе они могут не обеспечивать высококачественную передачу сигналов, а также возможность дальнейшего развития систем.