ใยแก้วนำแสง การกระจายตัวของสี
นอกเหนือจากค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนของใยแก้วนำแสงแล้ว พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดคือการกระจายตัว ซึ่งกำหนดความสามารถในการส่งข้อมูล
ความแปรปรวน –นี่คือการกระจายตามเวลาขององค์ประกอบสเปกตรัมและโหมดของสัญญาณแสง ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มระยะเวลาของพัลส์การแผ่รังสีแสงในขณะที่แพร่กระจายผ่านใยแก้วนำแสง
การขยายพัลส์หมายถึงผลต่างกำลังสองในช่วงเวลาพัลส์ที่เอาต์พุตและอินพุตของใยแก้วนำแสงตามสูตร:
และค่าของ i จะถูกถ่ายที่ระดับครึ่งหนึ่งของแอมพลิจูดพัลส์ (รูปที่ 2.8)
รูปที่ 2.8
รูปที่ 2.8 - ชีพจรขยายเนื่องจากการกระจายตัว
การกระจายตัวเกิดขึ้นจากสาเหตุสองประการ: ความไม่สอดคล้องกันของแหล่งกำเนิดรังสีและการมีอยู่ของโหมดจำนวนมาก การกระจายตัวที่เกิดจากสาเหตุแรกเรียกว่าสี (ความถี่) , ประกอบด้วยสององค์ประกอบ - การกระจายของวัสดุและท่อนำคลื่น (ภายในโหมด) การกระจายตัวของวัสดุเกิดจากการขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสงต่อความยาวคลื่น การกระจายตัวของท่อนำคลื่นสัมพันธ์กับการขึ้นต่อกันของสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของความยาวคลื่น
การกระจายตัวที่เกิดจากเหตุผลที่สองเรียกว่าโมดัล (อินเตอร์โหมด)
การกระจายตัวของโหมดเป็นลักษณะเฉพาะของไฟเบอร์มัลติโหมดเท่านั้น และเกิดจากความแตกต่างในเวลาการเดินทางของโหมดต่างๆ ตามไฟเบอร์ออปติกจากอินพุตไปยังเอาต์พุต ใน OF พร้อมโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสงแบบขั้นบันไดความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นจะเท่ากันและเท่ากับ: โดยที่ C คือความเร็วแสง ในกรณีนี้ รังสีทั้งหมดที่ตกกระทบที่ส่วนปลายของเส้นใยนำแสงในมุมหนึ่งกับแกนภายในมุมของรูรับแสงจะแพร่กระจายในแกนไฟเบอร์ตามแนวซิกแซก และด้วยความเร็วเท่ากันของการแพร่กระจาย ก็จะไปถึงจุดรับในเวลาที่ต่างกัน ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มระยะเวลาของชีพจรที่ได้รับ เนื่องจากเวลาการแพร่กระจายขั้นต่ำของลำแสงแสงเกิดขึ้นเมื่อลำแสงตกกระทบเป็น และค่าสูงสุดคือเมื่อ เราสามารถเขียนได้:
โดยที่ L คือความยาวของไกด์ไฟ
ดัชนีการหักเหของแกนไฟเบอร์
C คือความเร็วแสงในสุญญากาศ
จากนั้นค่าการกระจายตัวของอินเตอร์โหมดจะเท่ากับ:
การกระจายตัวของโหมดของเส้นใยแสงแบบไล่ระดับลำดับความสำคัญหรือต่ำกว่าเส้นใยขั้นบันได นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงลดลงจากแกนของใยแก้วนำแสงถึงเปลือกความเร็วของการแพร่กระจายของรังสีตามวิถีการเคลื่อนที่จึงเปลี่ยนไป ดังนั้นในวิถีที่อยู่ใกล้กับแกนจะมีค่าน้อยกว่า และในวิถีระยะไกลจะมีค่ามากกว่า รังสีที่แพร่กระจายไปตามวิถีที่สั้นที่สุด (ใกล้กับแกนมากขึ้น) จะมีความเร็วต่ำกว่า และรังสีที่แพร่กระจายไปตามวิถีที่ยาวกว่าจะมีความเร็วที่สูงกว่า เป็นผลให้ระยะเวลาการแพร่กระจายของรังสีถูกปรับระดับ และระยะเวลาพัลส์ที่เพิ่มขึ้นจะน้อยลง ด้วยโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสงแบบพาราโบลา เมื่อเลขชี้กำลังโปรไฟล์ q=2 การกระจายตัวของโหมดจะถูกกำหนดโดยนิพจน์:
การกระจายตัวของโหมดของการไล่ระดับสี OB นั้นน้อยกว่าของขั้นตอน OB หลายเท่าด้วยค่าเดียวกัน และเนื่องจากเป็นเรื่องปกติ การกระจายตัวของโหมดของ OF ที่ระบุอาจแตกต่างกันตามขนาดสองลำดับความสำคัญ
ในการคำนวณเมื่อพิจารณาการกระจายตัวของโหมดควรคำนึงถึงความยาวเส้นหนึ่งซึ่งเรียกว่าความยาวการมีเพศสัมพันธ์ของโหมดไม่มีการมีเพศสัมพันธ์แบบ intermodal และจากนั้นในกระบวนการของการแปลงโหมดร่วมกันเกิดขึ้นและสถานะคงที่เกิดขึ้น ดังนั้นเมื่อการกระจายตัวเพิ่มขึ้นตามกฎเชิงเส้น และเมื่อใด - ตามกฎกำลังสอง
ดังนั้น สูตรข้างต้นจึงใช้ได้กับความยาวเท่านั้น สำหรับความยาวบรรทัด ให้ใช้สูตรต่อไปนี้:
- สำหรับไฟนำทางแบบขั้นบันได
- สำหรับไกด์แสงแบบไล่ระดับ
ความยาวของเส้นอยู่ที่ไหน
ความยาวคัปปลิ้งของโหมด (สถานะคงที่) เท่ากับ km สำหรับไฟเบอร์แบบขั้นบันได และ km สำหรับไฟเบอร์แบบไล่ระดับ (กำหนดโดยเชิงประจักษ์)
การกระจายตัวของวัสดุขึ้นอยู่กับความถี่ (หรือความยาวคลื่น) และวัสดุ OF ซึ่งโดยปกติจะเป็นแก้วควอทซ์ การกระจายตัวถูกกำหนดโดยปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นกับอิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ของวัสดุตัวกลางซึ่งตามกฎแล้วจะไม่เป็นเชิงเส้น (เรโซแนนซ์) ในธรรมชาติ
การเกิดการกระจายตัวในวัสดุนำแสง แม้กระทั่งสำหรับเส้นใยแบบโหมดเดี่ยว เกิดจากการที่แหล่งกำเนิดแสงที่กระตุ้นเส้นใย (ไดโอดเปล่งแสง - LED หรือเลเซอร์ SPL แบบเซมิคอนดักเตอร์) จะสร้างการแผ่รังสีแสงที่มีคลื่นต่อเนื่องกัน สเปกตรัมของความกว้างที่แน่นอน (สำหรับ LED นี่คือประมาณ nm สำหรับมัลติโหมด SPL - นาโนเมตร สำหรับไดโอดเลเซอร์นาโนเมตรโหมดเดียว) องค์ประกอบสเปกตรัมที่แตกต่างกันของการแผ่รังสีแสงแพร่กระจายด้วยความเร็วที่แตกต่างกันและมาถึงจุดหนึ่งในเวลาที่ต่างกัน นำไปสู่การขยายของพัลส์ที่ปลายรับและภายใต้เงื่อนไขบางประการ ทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของรูปร่าง ดัชนีการหักเหของแสงจะแปรผันตามความยาวคลื่น (ความถี่) โดยระดับการกระจายตัวขึ้นอยู่กับช่วงความยาวคลื่นของแสงที่เข้าสู่เส้นใย (โดยปกติแล้วแหล่งกำเนิดจะปล่อยความยาวคลื่นหลายช่วง) เช่นเดียวกับความยาวคลื่นส่วนกลางของแหล่งกำเนิด ในภูมิภาค 1 หน้าต่างโปร่งใสคือช่วงที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า (850 นาโนเมตร) เคลื่อนที่ได้เร็วกว่าเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า (845 นาโนเมตร) ในพื้นที่ III ของหน้าต่างโปร่งใส สถานการณ์จะเปลี่ยนไป: อันที่สั้นกว่า (1550 นาโนเมตร) จะเคลื่อนที่เร็วกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับอันที่ยาวกว่า (1560 นาโนเมตร) รูปที่ 2.9
รูปที่ 2.9 – ความเร็วการแพร่กระจายของความยาวคลื่น
ความยาวของลูกศรสอดคล้องกับความเร็วของความยาวคลื่น โดยมีลูกศรที่ยาวกว่าซึ่งสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ที่เร็วขึ้น
ณ จุดใดจุดหนึ่ง ความเร็วจะตรงกัน ความบังเอิญสำหรับแก้วควอตซ์บริสุทธิ์นี้เกิดขึ้นที่ความยาวคลื่น นาโนเมตร เรียกว่าความยาวคลื่นการกระจายตัวเป็นศูนย์ของวัสดุ เนื่องจาก เมื่อความยาวคลื่นต่ำกว่าความยาวคลื่นการกระจายตัวเป็นศูนย์ พารามิเตอร์จะมีค่าเป็นบวก มิฉะนั้น จะมีค่าเป็นลบ รูปที่ 2.10
การกระจายตัวของวัสดุสามารถกำหนดได้จากการกระจายตัวเฉพาะโดยใช้นิพจน์:
.
ปริมาณ - การกระจายตัวจำเพาะ , ถูกกำหนดโดยการทดลอง ด้วยองค์ประกอบที่แตกต่างกันของการผสมเจือปนใน OM จะมีค่าที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับ (ตารางที่ 2.3)
ตารางที่ 2.3 – ค่าทั่วไปของการกระจายตัวของวัสดุจำเพาะ
การกระจายตัวของท่อนำคลื่น (ภายในโหมด) –คำนี้หมายถึงการขึ้นอยู่กับความล่าช้าของพัลส์แสงต่อความยาวคลื่น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการแพร่กระจายในเส้นใยเนื่องจากลักษณะการแพร่กระจายของท่อนำคลื่น การขยายพัลส์เนื่องจากการกระจายตัวของท่อนำคลื่นจะมีสัดส่วนเดียวกันกับความกว้างของสเปกตรัมรังสีแหล่งกำเนิด และถูกกำหนดเป็น:
,
โดยที่การกระจายตัวของท่อนำคลื่นเฉพาะมีค่าแสดงในตารางที่ 2.4:
ตารางที่ 2.4
– เกิดจากการหน่วงกลุ่มส่วนต่างระหว่างคานกับสถานะโพลาไรเซชันหลัก การกระจายพลังงานของสัญญาณเหนือสถานะโพลาไรเซชันต่างๆ จะเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เมื่อเวลาผ่านไป เช่น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบ ดัชนีการหักเหของแสงแบบแอนไอโซโทรปีที่เกิดจากแรงทางกล
ในไฟเบอร์โหมดเดี่ยว ไม่มีโหมดใดโหมดหนึ่งแพร่กระจายตามที่เชื่อกันโดยทั่วไป แต่มีโพลาไรเซชัน (โหมด) ตั้งฉากสองโหมดของสัญญาณดั้งเดิม ในเส้นใยในอุดมคติ โหมดเหล่านี้จะแพร่กระจายด้วยความเร็วเท่ากัน แต่เส้นใยจริงไม่มีรูปทรงในอุดมคติ สาเหตุหลักของการกระจายตัวของโหมดโพลาไรเซชันคือการไม่ศูนย์กลางของโปรไฟล์แกนไฟเบอร์ ซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิตของไฟเบอร์และสายเคเบิล เป็นผลให้องค์ประกอบโพลาไรซ์ตั้งฉากสองชิ้นมีความเร็วการแพร่กระจายที่แตกต่างกันซึ่งนำไปสู่การกระจายตัว (รูปที่ 2.11)
รูปที่ 2.11
ค่าสัมประสิทธิ์ของการกระจายตัวของโหมดโพลาไรเซชันจำเพาะจะถูกทำให้เป็นมาตรฐานต่อ 1 กม. และมีมิติ ค่าการกระจายตัวของโหมดโพลาไรเซชันคำนวณโดยใช้สูตร:
เนื่องจากมีค่าน้อย จึงต้องพิจารณาเฉพาะในไฟเบอร์โหมดเดี่ยว และเมื่อใช้การส่งสัญญาณความเร็วสูง (2.5 Gbit/s ขึ้นไป) ที่มีแถบสเปกตรัมแคบมากที่ 0.1 นาโนเมตรหรือน้อยกว่านั้น ในกรณีนี้ การกระจายตัวของสีจะเทียบได้กับการกระจายตัวของโหมดโพลาไรเซชัน
ค่าสัมประสิทธิ์ PMD เฉพาะของเส้นใยทั่วไปมักจะเป็น .
การกระจายตัวของสีเกิดขึ้นเนื่องจากสเปกตรัมของสัญญาณแสงมีความกว้างจำกัด และส่วนประกอบสเปกตรัมที่แตกต่างกันของสัญญาณจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกันในเส้นใย (รูปที่ 3.2)
ความแปรผันโดยประมาณของความล่าช้าของพัลส์และสัมประสิทธิ์การกระจายของความยาวคลื่นรังสีแสดงไว้ในรูปที่ 3.3 ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัว () คำนวณจากการขึ้นอยู่กับความล่าช้าจำเพาะของความยาวคลื่นการแผ่รังสี โดยที่ L คือความยาวของเส้นใย
รูปที่ 3.2 - การกระจายตัวของวัสดุและท่อนำคลื่นในไฟเบอร์โหมดเดี่ยว
รูปที่ 3.3 - การขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์ความล่าช้าและการกระจายตัวในความยาวคลื่นของไฟเบอร์ SM
การเปลี่ยนแปลงความกว้างของพัลส์ (ในกรณีที่ไม่มีการสูญเสียหรือได้รับ) จะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดสูงสุดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ (รูปที่ 3.4) ในกรณีนี้ ในการประมาณครั้งแรก ผลคูณของแอมพลิจูดพัลส์และความกว้างจะยังคงอยู่ (พื้นที่พัลส์ไม่เปลี่ยนแปลง):
รูปที่ 3.4 - การเปลี่ยนแปลงความกว้างของพัลส์จะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในกำลังสูงสุดและมีลักษณะเฉพาะด้วยการปรับกำลัง
การเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดสูงสุดของพัลส์มักจะถูกกำหนดลักษณะโดยค่าของการปรับกำลัง:
แนวคิดเดียวกันนี้สะดวกในการใช้ระบุลักษณะขนาดสัมพัทธ์ของการขยายพัลส์
ในกรณีนี้ ค่าเกณฑ์ของการปรับกำลังมักจะอยู่ที่ระดับ q = 2 dB ซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของความกว้างพัลส์ประมาณ 1.6 เท่า
การกระจายตัวของสีคือผลรวมของการกระจายตัวของวัสดุและท่อนำคลื่น: นี้สามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้ ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การกระจายตัวของสีเกิดขึ้นเนื่องจากความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นเปลี่ยนแปลงไปตามความยาวคลื่นที่เปลี่ยนแปลง ในสื่อที่เป็นเนื้อเดียวกัน ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นสามารถเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากการพึ่งพาดัชนีการหักเหของตัวกลางกับความยาวคลื่นเท่านั้น ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของการกระจายตัวของวัสดุ ในเส้นใย คลื่นแพร่กระจายในสื่อสองชนิด - ส่วนหนึ่งอยู่ในแกนกลางและส่วนหนึ่งในการหุ้มควอตซ์ และสำหรับคลื่นนั้น ดัชนีการหักเหของแสงจะใช้ค่าเฉลี่ยที่แน่นอนระหว่างดัชนีการหักเหของแกนกลางและการหุ้มควอตซ์ (รูปที่ 3.5) .
ดัชนีการหักเหของแสงเฉลี่ยนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก เนื่องจากดัชนีการหักเหของแกนกลางและการหุ้มควอตซ์ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น (ประมาณเดียวกัน) การพึ่งพาอาศัยกันนี้นำไปสู่การปรากฏตัวของการกระจายตัวของวัสดุ การกระจายตัวของวัสดุเป็นการกระจายตัวประเภทหลักในระบบโหมดเดี่ยว ค่าการกระจายตัวของวัสดุสามารถหาได้จากนิพจน์
การกระจายตัวของวัสดุจำเพาะอยู่ที่ไหน
ประการที่สอง เนื่องจากเมื่อความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลง ความลึกของการเจาะสนามเข้าไปในเปลือกควอตซ์จะเปลี่ยนไป และด้วยเหตุนี้ ค่าเฉลี่ยของดัชนีการหักเหของแสงจึงเปลี่ยนแปลงไป (แม้ว่าค่าของดัชนีการหักเหของแกนกลางและเปลือกควอตซ์จะทำ ไม่เปลี่ยนแปลง) นี่เป็นเอฟเฟ็กต์ท่อนำคลื่นล้วนๆ ดังนั้นการกระจายที่เป็นผลจึงเรียกว่าการกระจายตัวของท่อนำคลื่น ขนาดของการกระจายตัวของท่อนำคลื่นสามารถดูได้จากนิพจน์
การกระจายตัวของท่อนำคลื่นจำเพาะอยู่ที่ไหน
รูปที่ 3.5 - การกระจายตัวของท่อนำคลื่นเกิดขึ้นเนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงโดยเฉลี่ยตลอดเส้นผ่านศูนย์กลางของโหมดเปลี่ยนแปลงไปตามความยาวคลื่น
การกระจายตัวของท่อนำคลื่นขึ้นอยู่กับรูปร่างของโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสง ในเส้นใย SM รูปร่างโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสงจะมีลักษณะเป็นขั้นตอนโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนค่อนข้างใหญ่และมีดัชนีการหักเหของแสงเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ในเส้นใย DS และ NZDS ความยาวคลื่นการกระจายตัวเป็นศูนย์จะเปลี่ยนเป็นความยาวคลื่นที่ยาวกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเส้นใย SM
เพื่อที่จะเปลี่ยนความยาวคลื่นการกระจายตัวเป็นศูนย์ จำเป็นต้องลดวัสดุหรือส่วนประกอบท่อนำคลื่นของการกระจายตัวของสี ซึ่งสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของสิ่งเจือปนที่เข้าไปในแกนกลาง การกระจายตัวของวัสดุเล็กน้อยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสิ่งเจือปนที่ผสมอยู่ การกระจายตัวของท่อนำคลื่นเปลี่ยนแปลงไปในช่วงกว้าง (เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสง) (รูปที่ 3.6)
รูปที่ 3.6 - โปรไฟล์ดัชนีการหักเหของเส้นใย DS และ NZDS: a) สามเหลี่ยมบนฐาน b) ตรีศูล (หรือ W)
การกระจายตัวของสีประกอบด้วยวัสดุและส่วนประกอบท่อนำคลื่น และเกิดขึ้นระหว่างการแพร่กระจายในไฟเบอร์ทั้งโหมดเดี่ยวและมัลติโหมด อย่างไรก็ตาม มันปรากฏชัดเจนที่สุดในไฟเบอร์โหมดเดี่ยว เนื่องจากไม่มีการกระจายตัวของอินเตอร์โหมด
การกระจายตัวของวัสดุเกิดจากการพึ่งพาดัชนีการหักเหของเส้นใยกับความยาวคลื่น การแสดงออกสำหรับการกระจายตัวของเส้นใยโหมดเดี่ยวรวมถึงการพึ่งพาส่วนต่างของดัชนีการหักเหของความยาวคลื่น
การกระจายตัวของท่อนำคลื่นเกิดจากการขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของโหมดกับความยาวคลื่น
โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์ M(l) และ N(l) ถูกนำมาใช้ - วัสดุเฉพาะและการกระจายตัวของท่อนำคลื่น ตามลำดับ และ Dl (นาโนเมตร) - ความยาวคลื่นที่กว้างขึ้นเนื่องจากความไม่สอดคล้องกันของแหล่งกำเนิดรังสี ค่าผลลัพธ์ของสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของสีจำเพาะถูกกำหนดเป็น D(l) = M(l) + N(l) การกระจายตัวจำเพาะมีมิติ ps/(nm*km) หากค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของท่อนำคลื่นมากกว่าศูนย์เสมอ ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของวัสดุอาจเป็นค่าบวกหรือลบก็ได้ และสิ่งสำคัญคือที่ความยาวคลื่นหนึ่ง (ประมาณ 1310 ± 10 นาโนเมตรสำหรับไฟเบอร์โหมดเดี่ยวแบบขั้น) การชดเชยร่วมกันของ M(l) และ N(l) จะเกิดขึ้น และผลลัพธ์การกระจายตัว D(l) จะกลายเป็นศูนย์ ความยาวคลื่นที่เกิดเหตุการณ์นี้เรียกว่าความยาวคลื่นการกระจายตัวเป็นศูนย์ l0 โดยปกติแล้วช่วงความยาวคลื่นที่แน่นอนจะถูกระบุไว้ ซึ่ง l0 อาจแตกต่างกันไปตามเส้นใยที่กำหนด
Corning ใช้วิธีการต่อไปนี้เพื่อกำหนดการกระจายตัวของสีจำเพาะ การหน่วงเวลาจะถูกวัดในระหว่างการแพร่กระจายของพัลส์แสงสั้นในเส้นใยที่มีความยาวไม่น้อยกว่า 1 กม. หลังจากได้รับตัวอย่างข้อมูลสำหรับความยาวคลื่นหลายช่วงจากช่วงการประมาณค่า (800-1600 นาโนเมตรสำหรับ MMF, 1200-1600 นาโนเมตรสำหรับ SF และ DSF) การวัดความล่าช้าจะถูกสุ่มตัวอย่างอีกครั้งที่ความยาวคลื่นเดียวกัน แต่เฉพาะในไฟเบอร์อ้างอิงสั้นเท่านั้น (ความยาว 2 ม.) . เวลาหน่วงที่ได้รับจะถูกลบออกจากเวลาที่สอดคล้องกันที่ได้รับบนไฟเบอร์ยาวเพื่อกำจัดองค์ประกอบข้อผิดพลาดที่เป็นระบบ
สำหรับไฟเบอร์แบบขั้นบันไดแบบโหมดเดี่ยวและแบบหลายโหมด จะใช้สูตรเชิงประจักษ์ของเซลไมเออร์: t(l) = A + Bl2 + Cl-2 ค่าสัมประสิทธิ์ A, B, C สามารถปรับได้ และเลือกเพื่อให้จุดการทดลองพอดีกับเส้นโค้ง t (l) มากขึ้น จากนั้นสูตรจะคำนวณการกระจายตัวของสีเฉพาะ:
โดยที่ l0 = (C/B)1/4 คือความยาวคลื่นการกระจายตัวเป็นศูนย์ พารามิเตอร์ใหม่ S0 = 8B คือความชันการกระจายตัวเป็นศูนย์ มิติของมันคือ PS/(nm2*km) และ l คือความยาวคลื่นปฏิบัติการที่มีการกระจายตัวของสีเฉพาะ ถูกกำหนดแล้ว
ก) ไฟเบอร์ไล่ระดับมัลติโหมด (62.5/125)
b) ไฟเบอร์สเต็ปโหมดเดี่ยว (SF)
c) ไฟเบอร์แบบกระจายตัวแบบโหมดเดียว (DSF)
บทความในหัวข้อ
อุปกรณ์จับเวลา ทริกเกอร์
งานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพิจารณาบทบาทของทริกเกอร์ในอุปกรณ์ดิจิทัล คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ทุกเครื่องใช้ระบบลอจิคัลที่คิดค้นโดย George Boole ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ประเภทหนึ่งเช่นเทคโนโลยีดิจิทัลก็ปรากฏขึ้น เทคโนโลยีดิจิทัลได้แก่อุปกรณ์ดังกล่าว...
พัลส์ของแสง ลำดับที่กำหนดการไหลของข้อมูล พร่ามัวในระหว่างกระบวนการแพร่กระจาย ด้วยการขยายตัวที่ใหญ่เพียงพอ พัลส์เริ่มทับซ้อนกัน ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกพวกมันที่แผนกต้อนรับ
การกระจายตัวτ - นี่คือการกระจายตามเวลาของส่วนประกอบสเปกตรัมและโหมดของสัญญาณแสง ซึ่งนำไปสู่การขยายระยะเวลาพัลส์ที่แผนกต้อนรับ
ความแปรปรวนถูกกำหนดให้เป็น ความแตกต่างกำลังสองของระยะเวลาพัลส์ที่เอาต์พุตและอินพุตของสายเคเบิล:
τ(ล.) = , PS/กม . (2.8)
ยิ่งค่าการกระจายตัวน้อยลง แบนด์วิธของใยแก้วนำแสงก็จะยิ่งมากขึ้น การไหลของข้อมูลที่สามารถส่งผ่านใยแก้วนำแสงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
สูงสุด แบนด์วิธต่อสายเคเบิล 1 กิโลเมตรจะแปรผกผันกับการกระจายตัวและมีค่าประมาณเท่ากับ:
F = 0.44/ τ , เฮิรตซ์ (2.9)
ความแปรปรวนจำแนกตามแหล่งกำเนิดดังนี้:
รูปที่ 2.11 – ประเภทของความแปรปรวน
ความแปรปรวนผลลัพธ์ถูกกำหนดจากสูตร:
การกระจายตัวของวัสดุเกิดจากการขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของใยแก้วนำแสงกับความยาวคลื่น λ .
การกระจายตัวของท่อนำคลื่นเกิดจากการพึ่งพาค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของโหมด จากความยาวคลื่นλ . การกระจายตัวของท่อนำคลื่นเกิดขึ้นเนื่องจากการจำกัดแสงโดยโครงสร้างนำทาง (ไฟเบอร์) ในขณะที่พลังงานเกือบทั้งหมดในการปิดมัลติโหมดจะกระจุกตัวอยู่ที่แกนกลางที่ค่อนข้างใหญ่ แต่ในการปิดโหมดเดี่ยวแสงจะแพร่กระจายผ่านทั้งแกนกลางและส่วนหุ้ม โหมดนำทางเดียวสามารถพิจารณาการแพร่กระจายด้วยความเร็วที่กำหนดโดยดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิผลมากกว่าดัชนีการหักเหของแสง แต่น้อยกว่าของแกนกลาง เมื่อความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น พลังงานจะถูกกระจายในเปลือกมากขึ้นเรื่อยๆ โดยมีดัชนีการหักเหของแสงต่ำ ผลลัพธ์ที่ได้คือการขยายพัลส์ซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้างของเส้นใย เช่น การกระจายตัวของท่อนำคลื่น
การกระจายตัวของโหมดโพลาไรซ์ (PMD)คือการกระจายตัวที่เกิดจากความแตกต่างในความเร็วการแพร่กระจายของโหมดโพลาไรซ์แบบโพลาไรซ์พื้นฐานสองโหมดที่มีอยู่ในไฟเบอร์โหมดเดี่ยว
รูปที่ 2.12 – การกระจายตัวของโหมดโพลาไรซ์
การมีอยู่ของ PMD นำไปสู่ความจริงที่ว่าพัลส์แสงเอาท์พุตที่ได้จะกว้างขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับอินพุท ลำแสงจากแหล่งกำเนิดรังสีจะเข้าสู่อินพุตของใยแก้วนำแสง ในกรณีนี้ก็เกิดปรากฏการณ์ขึ้น การสะท้อนแสงสองทาง. ซึ่งหมายความว่าคลื่น (โหมด) สองคลื่นก่อตัวขึ้นภายใน OF ซึ่งมีโพลาไรซ์ในระนาบตั้งฉากสองระนาบ (ตั้งฉากซึ่งกันและกัน) และแพร่กระจายในรูปแบบของสองโหมดในหนึ่งคลื่น เนื่องจากความไม่สมมาตรทางกายภาพของดัชนีการหักเหของแสงของใยแก้วนำแสง โหมดเหล่านี้ของคลื่นเดียวกันจึงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกัน
PMD ยังสามารถเกิดขึ้นได้ที่ทางแยกหรือส่วนโค้งของไฟเบอร์ PMD ส่งผลต่อการทำงานของการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงในลักษณะเดียวกับการกระจายตัวของสี แต่กลไกของการขยายพัลส์ในกรณีเหล่านี้จะแตกต่างออกไป
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง PMD และการกระจายตัวของสีคือความจริงที่ว่าอิทธิพลของการกระจายตัวของสีในเส้นสามารถชดเชยได้ ในขณะที่ยังไม่มีวิธีการชดเชยอิทธิพลของ PMD ในปัจจุบัน ในอดีต (ประมาณ 15 ปีที่แล้ว) ไม่ได้คำนึงถึงอิทธิพลของ PMD เนื่องจากความเร็วในการส่งข้อมูลตลอดจนระยะห่างระหว่างเครื่องกำเนิดใหม่ในสายไฟเบอร์ออปติกนั้นค่อนข้างน้อย ในปัจจุบัน เมื่อความเร็วในการส่งข้อมูลสูงถึงหลายร้อย Gbit/s และระยะห่างระหว่างเครื่องกำเนิดแสงในลิงค์ไฟเบอร์ออปติกสูงถึงหลายร้อยกิโลเมตร PMD กลายเป็นปัจจัยจำกัดในการพัฒนาลิงค์ไฟเบอร์ออปติก
ใน เส้นใยก้าวแบบมัลติโหมดการตัดสินใจคือ การกระจายตัวของโหมดซึ่งเกิดจากการมีอยู่ของโหมดการแพร่กระจายจำนวนมากและความแตกต่างในช่วงเวลาของการแพร่กระจายไปตามเส้นใย โดยปกติจะเป็นหลายปี OF τ = 20-50 ns/km
ในการไล่ระดับสี OBเวลาการแพร่กระจายของโหมดต่างๆจะเท่ากันและเป็นปัจจัยกำหนด การกระจายตัวของวัสดุ, τ =3÷5ns/กม.
ในการปิดโหมดเดี่ยวแบบขั้นบันไดปรากฏตัวออกมา รงค์ (ท่อนำคลื่นและวัสดุ) การกระจายตัวแต่มีขนาดเกือบเท่ากันและตรงกันข้ามในเฟสในช่วงสเปกตรัมกว้าง (รูปที่ 13) ที่ แล = 1.2 ÷ 1.7 µm ในโหมด OFF เดียว τ = 5 -17 แรงม้า/กม.
การเกิดการกระจายตัวของสีในวัสดุนำแสงเกิดจากการที่แหล่งกำเนิดแสงกระตุ้นอินพุตแสง (ไดโอดเปล่งแสง - LED หรือเลเซอร์ไดโอด - LD) สร้างพัลส์แสงที่มีสเปกตรัมคลื่นต่อเนื่องที่ความกว้างที่แน่นอน (ตัวอย่างเช่น สำหรับ LED จะมีค่าประมาณ 35-60 นาโนเมตร สำหรับไดโอดเลเซอร์แบบมัลติโหมด (MMLD) – 2-5 นาโนเมตร สำหรับไดโอดเลเซอร์โหมดเดียว (OMLD) – 0.01-1 นาโนเมตร) ส่วนประกอบสเปกตรัมที่แตกต่างกันของพัลส์เดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกันและมาถึงจุดเฉพาะ (ปลายของไฟเบอร์) ในเวลาต่างกัน ส่งผลให้เอาท์พุตพัลส์กว้างขึ้น
ในพื้นที่ตั้งแต่ 800 นาโนเมตรถึง 1270 นาโนเมตร ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า (สีแดงมากขึ้น) จะเคลื่อนตัวเร็วกว่าผ่าน OF เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า (เบลอร์) (รูปที่ 2.13) ตัวอย่างเช่น คลื่น 860 นาโนเมตรเดินทางผ่านใยแก้วได้เร็วกว่าคลื่น 850 นาโนเมตร เนื่องจากดัชนีการหักเหของแก้วในช่วงตั้งแต่ 800 นาโนเมตรถึง 1270 นาโนเมตรจะลดลงตามความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น (ปรากฏการณ์เดียวกันนี้อธิบายลักษณะของรุ้งกินน้ำ) การกระจายตัวนี้เรียกว่า เชิงบวก.
ในภูมิภาคตั้งแต่ 1,270 นาโนเมตรถึง 1,700 นาโนเมตร สถานการณ์เปลี่ยนไป: คลื่นที่สั้นกว่าเคลื่อนที่เร็วกว่าเมื่อเทียบกับคลื่นที่ยาวกว่า คลื่น 1560 นาโนเมตรเคลื่อนที่ช้ากว่าคลื่น 1540 นาโนเมตร กล่าวคือ ดัชนีการหักเหของแก้วในช่วงตั้งแต่ 1270 นาโนเมตรถึง 1700 นาโนเมตรจะเพิ่มขึ้นตามความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกระจายตัวผิดปกติ (เชิงลบ) ความแปรปรวนเชิงลบแสดงให้เห็นความจริงที่ว่าองค์ประกอบสเปกตรัม "ช้าลง" ของพัลส์จะถูกเร่งและในทางกลับกันองค์ประกอบสเปกตรัม "เร็ว" จะถูกเร่งความเร็ว ณ จุดใดจุดหนึ่งของสเปกตรัมมีความบังเอิญ โดยที่ความยาวคลื่นสีน้ำเงินและสีแดงจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน ความบังเอิญของความเร็วนี้เกิดขึ้นที่ความยาวคลื่นประมาณ 1270 นาโนเมตรที่ความยาวคลื่นนี้ วัสดุ ความแปรปรวนเป็นศูนย์ (ดูรูปที่ 2.13 และตารางที่ 2.1)
จากรูปที่ 2.13 เห็นได้ชัดว่าที่ความยาวคลื่นหนึ่ง การกระจายตัวของวัสดุและท่อนำคลื่นจะมีเครื่องหมายตรงกันข้ามและมีขนาดเท่ากัน กล่าวคือ ได้รับการชดเชยร่วมกันที่ความยาวคลื่นนี้ การกระจายตัวของสีซึ่งเป็นผลรวมของวัสดุและการกระจายตัวของท่อนำคลื่นจะเป็นศูนย์ สำหรับความยาวคลื่นนี้ - คำสั่ง 1312 นาโนเมตรพวกเขาโทรหาเธอ ความยาวคลื่นการกระจายตัวเป็นศูนย์ดังนั้นสำหรับเส้นใยซิลิกาโหมดเดี่ยว การกระจายตัวของสีจึงเป็นค่าบวกสำหรับความยาวคลื่น λ <1312 нм и отрицательна для длин волн λ >1312 นาโนเมตร และในบริเวณใกล้เคียง λ = 1312 นาโนเมตร เป็นศูนย์
ตารางที่ 2.1 – ค่าทั่วไปของการกระจายตัวของวัสดุเฉพาะของโหมด OF เดียว
, ไมโครเมตร | |||||||||
ม ( ), PS/นาโนเมตร*กม | |||||||||
ใน ( ), PS/นาโนเมตร*กม |
การกระจายตัวของวัสดุและท่อนำคลื่นของ OF นั้นเป็นสัดส่วนกับความกว้างของสเปกตรัมรังสีแหล่งกำเนิด Δแล ค่าของการกระจายตัวเหล่านี้สามารถกำหนดได้จากการกระจายตัวเฉพาะโดยใช้สูตร:
; (2.11)
(2.12)
โดยที่ М(λ) – วัสดุเฉพาะการกระจายตัวค่าที่แสดงในตาราง 2.1, V(แลมบ์ดา) – ท่อนำคลื่นเฉพาะการกระจายตัวค่าที่แสดงในตาราง 2.1 Δλ – ความกว้างของเส้นสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดรังสี การกระจายตัวของสีวัดเป็นหน่วย: PS/กม.
เป็นที่ทราบกันว่าสำหรับควอตซ์ OFs การลดทอนขั้นต่ำสอดคล้องกับความยาวคลื่น 1.55 μm และช่วงการสื่อสารที่ความยาวคลื่นนี้ถูกจำกัดโดยการกระจายตัวของสี
ดังต่อจากรูปที่ 2.13 ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวทั่วไปไม่ได้ให้การกระจายขั้นต่ำสำหรับ แล = 1.55 µm ดังนั้น ไฟเบอร์ออปติกที่มีการกระจายการกระจายแบบ Shifted จึงได้รับการพัฒนา ซึ่งแตกต่างจากการกำหนดค่าของโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสง (โปรไฟล์สามเหลี่ยม)
รูปที่ 2.14 แสดงการขึ้นต่อกันของวัสดุ ท่อนำคลื่น และผลลัพธ์การกระจายตัวของความยาวคลื่นสำหรับ OF ที่มีการกระจายตัวแบบเลื่อน
เมื่อเปลี่ยนโปรไฟล์การหักเหของแสงของใยแก้วนำแสง การกระจายตัวของท่อนำคลื่นเพิ่มขึ้น และ การชดเชยการกระจายจะดำเนินการที่ความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน - 1.55 µm ซึ่งต้องขอบคุณใยแก้วนำแสงที่สามารถปรับให้เหมาะสมสำหรับการทำงานในหน้าต่างโปร่งใสที่สาม ซึ่งการลดทอนแสงน้อยที่สุด
จากการศึกษาเส้นใยที่มีการกระจายตัวแบบเลื่อนพบว่าประสิทธิภาพที่ดีที่สุดนั้นมาจากเส้นใยที่มีรูปทรงสามเหลี่ยมเนื่องจากมีคุณสมบัติในการโฟกัสตัวเองและมีรังสีที่แพร่กระจายในปริมาตรเล็กน้อยที่อยู่ติดกับแกน OB
การกระจายตัวของสีถูกเลือกโดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (INU) ให้เป็นเกณฑ์ในการจำแนกประเภทเส้นใยแสงแบบโหมดเดี่ยว ตามเกณฑ์นี้มีเส้นใยแสงโหมดเดียวสามประเภท:
ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวมาตรฐาน (ประเภท G.652)นี่คือเส้นใยประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในโลกที่ใช้กันทั่วโลกตั้งแต่ปี 1988 พารามิเตอร์ (การสูญเสียและการกระจาย) ของเส้นใยนี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตร (การกระจายตัวของสีขั้นต่ำ) และยังสามารถใช้ในช่วงความยาวคลื่น 1525...1565 นาโนเมตร ซึ่งมีการสูญเสียขั้นต่ำที่แน่นอนใน เส้นใย
ไฟเบอร์แบบเปลี่ยนการกระจายศูนย์แบบโหมดเดี่ยว (ประเภท G.653)สาเหตุที่เรียกเช่นนี้เนื่องจากการกระจายตัวของสีขั้นต่ำสุดโดยการเลือกรูปร่างพิเศษของโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสง จะถูกเลื่อนไปที่ช่วงความยาวคลื่น แล = 1550 นาโนเมตรของการสูญเสียเส้นใยขั้นต่ำสัมบูรณ์ ไฟเบอร์ G.653 ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการส่งข้อมูลความเร็วสูงที่ความยาวคลื่นเดียว และมีความสามารถจำกัดสำหรับการส่งสัญญาณที่ความยาวคลื่นหลายระดับ
ไฟเบอร์ที่เปลี่ยนความยาวคลื่นโหมดเดียวλ = 1550 นาโนเมตร การกระจายตัวแบบไม่เป็นศูนย์ (ประเภท G.655)ไฟเบอร์ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการส่งข้อมูลความเร็วสูงที่ความยาวคลื่นหลายระดับประมาณ 1550 นาโนเมตร
ไฟเบอร์ G.655 ได้รับการออกแบบมาสำหรับระบบไฟเบอร์ออปติกที่มีการแบ่งมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่น - ระบบ DWDM (เมื่อระบบเหล่านี้ทำงาน การกระจายตัวเป็นศูนย์อาจทำให้เกิดผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นใน OF)
พิจารณาการแพร่กระจายของลำแสงไปตามเส้นใยมัลติโหมด ในกรณีนี้มีสองโหมด คือลำแสงสองอัน ส่วนแรกขยายไปตามแกนตามยาวของเส้นใย ในขณะที่อีกส่วนสะท้อนจากส่วนต่อประสานของตัวกลาง ดังนั้นเส้นทางของลำแสงที่สองจึงมากกว่าลำแสงแรก ด้วยเหตุนี้ เมื่อคานทั้งสองลำที่บรรทุกพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ามารวมกัน การเปรียบเทียบคานเฉียงกับลำแสงตามแนวแกนคือการหน่วงเวลา ซึ่งคำนวณโดยสูตรต่อไปนี้:
ค– ความเร็วแสง
ล– ความยาวเส้นใย
หมายเลข 1
,
หมายเลข 2– ดัชนีการหักเหของแกนกลางและเปลือก
การกระจายตัวของโหมดไล่ระดับสีของเส้นใยนำแสง โดยปกติจะมีขนาดต่ำกว่าเส้นใยเหล่านั้น 2 ลำดับโดยมีโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสงแบบขั้น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นของดัชนีการหักเหของแกนกลางของใยแก้วนำแสงทำให้เส้นทางของลำแสงที่สองไปตามเส้นใยลดลง จึงช่วยลดการหน่วงเวลาครั้งที่สองเมื่อเทียบกับลำแสงแรก
การกระจายตัวของโหมดใยแก้วนำแสงโหมดเดียวและไม่มีการเพิ่มระยะเวลาพัลส์จะถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของสีซึ่งในที่สุดก็แบ่งออกเป็นวัสดุและท่อนำคลื่น
ปรากฏการณ์การกระจายตัวของวัสดุเรียกว่าการพึ่งพาสัมบูรณ์ของดัชนีการหักเหของแสงและความยาวคลื่นของวัสดุ ( n =ϕ แล()- ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของท่อนำคลื่นถูกกำหนดโดยการขึ้นต่อกันของเฟส β และความถี่ ( β=ϕ ω() ).
การขยายพัลส์เนื่องจากการกระจายตัวของสีคำนวณโดยใช้สูตร:
τ ม– การขยายตัวของพัลส์เนื่องจากการกระจายตัวของวัสดุ, PS;
τ บี– การขยายพัลส์เนื่องจากการกระจายตัวของท่อนำคลื่น PS
∆λ
– ความกว้างสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดรังสี, นาโนเมตร;
ม(แล)– ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของวัสดุจำเพาะ ps / nm km;
บี(แล)– ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของท่อนำคลื่น, PS / NM กม.
พิจารณาผลกระทบของวัสดุและการกระจายตัวของท่อนำคลื่นในไฟเบอร์โหมดเดี่ยว เท่าที่เห็นจากกราฟ การเพิ่มขึ้นของการกระจายตัวของความยาวคลื่นของวัสดุจะลดลง และที่ความยาวคลื่น 1.31 ม. การกระจายตัวของวัสดุจะเท่ากับศูนย์ ความยาวคลื่นในกรณีนี้ถือเป็นความยาวคลื่นที่มีการกระจายตัวเป็นศูนย์ ในขณะเดียวกันการกระจายตัวมากกว่า 1.31 ไมครอนจะกลายเป็นลบ การกระจายตัวของเส้นใยท่อนำคลื่นที่เป็นกลางมีค่าค่อนข้างน้อยและอยู่ในช่วงของจำนวนบวก ในการพัฒนาการกระจายตัวของใยแก้วนำแสงซึ่งใช้ส่วนประกอบท่อนำคลื่น พยายามชดเชยการกระจายตัวของวัสดุในช่วงความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น กล่าวคือ หน้าต่างโปร่งใสช่องที่สาม (แล = 1.55 ม.) การเปลี่ยนแปลงนี้ดำเนินการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางแกน เพิ่ม Δ และใช้รูปสามเหลี่ยมของโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแกนกลาง
ในการแพร่กระจายของคลื่นแสงโพลาไรซ์ตามการกระจายโพลาไรเซชันของใยแก้วนำแสงเกิดขึ้น คลื่นแสงจากจุดยืนของทฤษฎีคลื่นคือเวกเตอร์สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ซึ่งตั้งฉากกับการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (แสง) ตัวอย่างของคลื่นแสงอาจเป็นแสงธรรมชาติซึ่งมีทิศทางของเวกเตอร์ไฟฟ้าแปรผันแบบสุ่ม หากการแผ่รังสีมีสีเดียวและเวกเตอร์แกว่งไปมาด้วยความถี่คงที่ พวกมันสามารถแสดงเป็นผลรวมขององค์ประกอบสองตัวที่ตั้งฉากกันของ x และ y ใยแก้วนำแสงในอุดมคติคือตัวกลางไอโซโทรปิกซึ่งมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนกันในทุกทิศทาง เช่น ดัชนีการหักเหของแสง สื่อที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่างกันในแกนตั้งฉาก x และ y สองแกนเรียกว่าไบรีฟริงเจนต์ ดังนั้นในกรณีนี้ ไฟเบอร์ยังคงเป็นโหมดเดี่ยวเนื่องจากโหมดโพลาไรซ์แบบตั้งฉากสองโหมดมีค่าคงที่การแพร่กระจายเท่ากัน แต่นี่เป็นเรื่องจริงสำหรับใยแก้วนำแสงในอุดมคติเท่านั้น
ในใยแก้วนำแสงจริง โหมดโพลาไรซ์แบบตั้งฉากสองโหมดมีค่าคงที่การแพร่กระจายที่ไม่เหมือนกัน ดังนั้นจึงมีการหน่วงเวลาเกิดขึ้นและความกว้างของพัลส์แสง
การขยายตัวของพัลส์เนื่องจากการกระจายตัวของโหมดโพลาไรเซชัน (PMD) มีการคำนวณดังนี้:
ดังนั้นการกระจายตัวของโหมดโพลาไรเซชันจะปรากฏเฉพาะในเส้นใยแสงโหมดเดียวที่มีแกน netsirkulyarnoy (รูปไข่) และภายใต้เงื่อนไขบางประการจะสามารถเทียบเคียงได้กับสี ดังนั้นการกระจายตัวของใยแก้วนำแสงโหมดเดี่ยวที่ได้จึงถูกกำหนดโดยสูตรต่อไปนี้:
การกระจายตัวจะจำกัดแบนด์วิธของใยแก้วนำแสงอย่างมาก แบนด์วิธสูงสุดบนเส้นแสง 1 กม. คำนวณโดยสูตรโดยประมาณ:
τ - ชีพจรขยายขึ้น, PS/กม.