Кіріспе
Поляризациялық режимдегі дисперсия (PMD) – бұл толқын жетекіштегі жарықтың екі әртүрлі поляризациясы, қалыпты жағдайда бірдей жылдамдықпен қозғалатын, кездейсоқ кемшіліктер мен асимметриялардың салдарынан әртүрлі жылдамдықпен қозғалуынан туындайтын модальдық дисперсияның бір түрі. Бұл оптикалық импульстердің кездейсоқ таралуына себеп болады. Егер оны өтеу мүмкін болмаса, бұл қиындық тудырады, нәтижесінде талшық арқылы деректерді беру жылдамдығы шектеледі.
Polarization mode dispersion (PMD) is a form of modal dispersion where two different polarizations of light in a waveguide, which normally travel at the same speed, travel at different speeds due to random imperfections and asymmetries, causing random spreading of optical pulses. Unless it is compensated, which is difficult, this ultimately limits the rate at which data can be transmitted over a fiber.
Шолу
Идеалды оптикалық талшықта өзектің толыққанды дөңгелек көлденең қимасы болады. Бұл жағдайда негізгі режимде екі ортогональды поляризация (электр өрісінің бағыттары) бар, олар бірдей жылдамдықпен қозғалады. Талшық арқылы берілетін сигнал кездейсоқ поляризацияланған, яғни осы екі поляризацияның кездейсоқ суперпозициясы, бірақ идеалды талшықта бұл маңызды емес, себебі екі поляризация бірдей таралады (дегенеративті). Дегенмен, нақты талшықта дөңгелек симметрияны бұзатын кездейсоқ кемшіліктер бар, бұл екі поляризацияның әртүрлі жылдамдықпен таралуына себеп болады. Бұл жағдайда сигналдың екі поляризациялық компоненті біртінде бөлінеді, мысалы, импульстардың кеңеюіне және үсті-үстіне келуіне әкеледі. Кемшіліктер кездейсоқ болғандықтан, импульстардың кеңею әсері кездейсоқ серуенге сәйкес келеді, сондықтан орташа поляризацияға тәуелді уақыт айырмашылығы Δτ (дифференциалдық топтық кешігу немесе DGD деп те аталады) таралу қашықтығының квадрат түбіріне пропорционалды: DPMD – талшықтың PMD параметрі, әдетте пс/бірлікпен өлшенеді, бұл кемшіліктердің күші мен жиілігінің көрсеткіші. Симметрияны бұзатын кездейсоқ кемшіліктер бірнеше санатқа бөлінеді. Біріншіден, геометриялық асимметрия, мысалы, сәл эллипстік өзектер. Екіншіден, кернеуден туындаған материалдың екі сынуы бар, онда сыну көрсеткіші поляризацияға байланысты. Бұл екі әсер де өндірістегі кемшіліктерден (ол ешқашан толыққанды немесе күшсіз болмайды) немесе даладағы талшыққа түсетін жылулық және механикалық кернеулерден туындауы мүмкін – сонымен қатар, соңғы кернеулер әдетте уақыт өте келе өзгереді.
DPMD is the PMD parameter of the fiber, typically measured in ps/, a measure of the strength and frequency of the imperfections. The symmetry breaking random imperfections fall into several categories. First, there is geometric asymmetry, e. g. slightly elliptical cores. Second, there are stress induced material birefringences, in which the refractive index itself depends on the polarization. Both of these effects can stem from either imperfection in manufacturing (which is never perfect or stress free) or from thermal and mechanical stresses imposed on the fiber in the field — moreover, the latter stresses generally vary over time.
PMD үшін өтемақы
PMD-ны өтеу жүйесі – талшықтардағы PMD-ны өтеу үшін поляризациялық контроллерді пайдаланатын құрылғы. Негізінде, талшықтың шығысы екі негізгі поляризацияға бөлінеді (әдетте, 1 = dτ/dω = 0, яғни жиілікке қатысты уақыт кешігуінің бірінші реттік өзгерісі болмайтын поляризациялар), және оларды қайта синхрондау үшін дифференциалдық кешігу қолданылады. PMD әсерлері кездейсоқ және уақытқа тәуелді болғандықтан, бұл уақыт өте кері байланыспен жауап беретін белсенді құрылғыны қажет етеді. Мұндай жүйелер қымбат әрі күрделі; сонымен қатар, PMD әлі кеңінен қолданылатын төменгі деректер жылдамдықтары үшін шектеуші фактор болып табылмайды, сондықтан PMD-ны өтеу жүйелері ірі телекоммуникациялық жүйелерде шектеулі ғана қолданылады. Тағы бір балама – поляризацияны сақтайтын талшық (PM талшығы) пайдалану, оның симметриясы күшті бұзылған (мысалы, жоғары эллипстік ядросы бар) және кіретін поляризация негізгі ось бойымен шығысқа дейін сақталады. Екінші поляризация қоздырылмағандықтан, PMD пайда болмайды. Дегенмен, мұндай талшықтарда қазіргі уақытта практикалық мәселелер бар, мысалы, қарапайым оптикалық талшыққа қарағанда жоғары шығын мен жоғары құн. Бұл идеяның кеңейтімі – бір поляризациялық талшық, онда тек бір поляризациялық күй ғана талшық бойымен таралуына рұқсат етіледі (басқа поляризация бағытталмайды және шығып кетеді).
Қарым-қатынас құбылыстары
Осыған байланысты әсер поляризацияға тәуелді жоғалту (PDL) болып табылады, онда екі поляризация талшықтағы жоғалтудың әртүрлі деңгейлеріне ұшырайды, бұл қайтадан асимметрияларға байланысты. PDL сигнал сапасын нашарлатады. Қатаң айтқанда, екі дегенеративті поляризациялық күйге ие болу үшін дөңгелек өзектің болуы міндетті емес. Керісінше, симметрия тобы екі өлшемді азайтылмайтын өкілдікті қабылдайтын өзекті талап етеді. Мысалы, квадрат немесе теңқабырғалы үшбұрышты өзектің негізгі режим үшін екі бірдей жылдамдықтағы поляризациялық шешімдері болады; мұндай жалпы пішіндер фотондық кристалл талшықтарында да кездеседі. Қайталап айтайын, кез келген симметрияны бұзатын кездейсоқ кемшіліктер мұндай толқын жетекте ПМД-ға алып келеді.