4. Поляризационная модовая дисперсия

Свет, распространяющийся в одномодовом волокне, можно представить в виде суммы двух поляризационных мод. Каждая поляризационная мода распространяется параллельно оси волокна со своим значением фазовой и групповой скорости. Фазовый фронт у мод плоский, а нормаль к плоскости фазового фронта параллельна оси волокна. Пространственное распределение полей у поляризационных мод волокна одинаковое (гауссово), и отличаются они только тем, что поляризованы ортогонально.

Рис. 1.6 — Ортогонально поляризованные составляющие основной моды одномодового ОВ

1. Показатель преломления у волокон хоть и слабо, но зависит от состояния поляризации света (Рис. 1.6, б), то есть эти волокна обладают двулучепреломлением, причем в основном линейным. Оно наводится в номинально круглом волокне при его изготовлении из-за неизбежного появления небольшой эллиптичности сердцевины и внутренних напряжений, не обладающих аксиальной симметрией. Так как наведенные в волокне натяжения не имеют выделенного направления, величина и азимут линейного двулучепреломления изменяется случайным образом вдоль оси волокна.

Для расчета величины поляризационной модовой дисперсии используется формула:

(1.40)

где – удельный коэффициент поляризационной дисперсии .

1. Механизм компенсации

Хроматическая дисперсия может приводить не только к уширению импульсов, но и к их сжатию. Рассмотрим, например, линию, состоящую из двух участков волокон одинаковой длины и одинаковой по модулю, но противоположной по знаку хроматической дисперсией. Так как полная дисперсия такой линии равна нулю, то импульс, уширившийся на первом участке линии, на втором участке должен сжаться до начальной величины.

Импульс на входе в линию промодулирован только по амплитуде, и частота его несущей не зависит от времени (чирпинга нет).

Импульс без чирпинга, пройдя через первый отрезок волокна с положительной дисперсией, приобретет дополнительную частотную модуляцию (положительный чирпинг) и при этом уширяется. Уширяется импульс потому, что в волокне с дисперсией разные спектральные компоненты импульса движутся с разной скоростью. Положительный чирпинг импульс приобретает потому, что при положительной дисперсии длинноволновые компоненты запаздывают сильнее, чем коротковолновые. Если бы первый отрезок волокна обладал отрицательной дисперсией, то импульс бы все равно уширился, но приобрел бы при этом отрицательный чирпинг. То есть импульс без чирпинга уширяется независимо от знака дисперсии волокна.

Однако если импульс обладает чирпингом и знак дисперсии в волокне противоположен знаку чирпинга в импульсе, то импульс сжимается. Так, на выходе из первого волокна импульс уширился и приобрел положительный чирпинг, а во втором волокне (с отрицательной дисперсией) он начал сжиматься. Сжатие импульса происходит до тех пор, пока не исчезнет чирпинг и импульс не сожмется до начальной величины. Если же увеличить длину второго волокна, то импульс в дальнейшем начнет расширяться, приобретая при этом отрицательный чирпинг.