מהו פיזור סיבים? איך לפצות על פיזור?

פיזור סיבים מראה את מצב ההתפשטות של אות הקלט בסיב. זה מתייחס לעיוות האות הנגרם מהתפשטות של רכיבי תדר שונים או רכיבי מצב שונים של האות האופטי במהירויות שונות. זה כולל בעיקר שלושה מקרים: פיזור בין-מודים, פיזור כרומיננס ופיזור מצב קיטוב.

פיזור בין-מודים הוא מנגנון עיוות אות המתרחש בסיבים מולטי-מודים ובמוליכי גל אחרים. בסיב רב-מצבי, קרני אור הנכנסות לסיב בזוויות פגיעה שונות מוגדרות כנתיב או כתבנית. מכיוון שמסלול השידור של כל מצב שונה, גם מהירות השידור (כלומר, מהירות הקבוצה) שונה, ולכן יש הבדל זמן בין מצבי העברת האותות כדי להגיע למסוף הסיבים האופטיים. באופן כללי, חלק מהאור עובר ישירות דרך הליבה (במצב צירי), בעוד שאחרים חוזרים בחזרה והלאה בין גבולות חיפוי/ליבה וזיגזג נסיעה לאורך מוליך הגל, כפי שמוצג בסיב רב-מודדים של אינדקס צעדים למטה. העובדה היא שברגע שאור נשבר, מתרחש פיזור בין-מודים/מצבים. ביניהם, הפיזור בין-מצבים נמצא בקורלציה חיובית עם נתיב השידור, כלומר הפיזור הבין-מצבי שנגרם על ידי מצב מסדר גבוה (הקרן נכנסת בזווית גדולה יותר למרחק ארוך יותר) גבוה מזה שנגרם על ידי הנמוך מצב סדר (הקרן נכנסת בזווית קטנה יותר למרחק קצר יותר).

סיבים מולטי-מודים יכולים להכיל עד 17 מצבי התפשטות קרניים בו-זמנית, והפיזור הבין-מודד שלו גבוה בהרבה מזה של סיבים במצב יחיד. הסיבה לכך היא שלסיבי מצב יחיד יש מצב התפשטות יחיד, כלומר אור נע לאורך הליבה (צירי מצב) מבלי להשתקף מגבול החיפוי, כך שלא מתרחש פיזור בין-מודדים. עם זאת, אם נעשה שימוש בסיב רב-מודד בעל אינדקס מדורג, המצב שונה. למרות שהאור מתפשט גם במצבים שונים, בשל מקדם השבירה הלא אחיד של ליבת הסיבים, נתיב קרני האור אינו קו ישר אלא עקומה, וגם מהירות ההתפשטות של קרני האור משתנה. לכן, ניתן להפחית במידה ניכרת את הפיזור הבין-מצבי על ידי בחירת התפלגות אינדקס השבירה המתאימה.

פיזור החומר נגרם מהתלות של מקדם השבירה באורך הגל של חומר הליבה, בעוד שפיזור מוליך הגל נגרם מהתלות של קבוע התפשטות המצב בפרמטרי הסיבים (רדיוס הליבה, ההבדל במקדם השבירה בין הליבה לבין החיפוי) ואורך גל האות. בתדרים מסוימים, פיזור חומר ופיזור מוליך גל יכולים לבטל זה את זה, כך שמתקבל אורך גל שמתקרב ל-0 פיזור כרום. למעשה, פיזור הכרומיננס לא תמיד מזיק. האור נע במהירויות שונות באורכי גל או חומרים שונים, מה שגורם לפולסי אור להתרחב או לדחוס בסיב, מה שמאפשר להתאים אישית פרופילי מקדם שבירה לייצור סיבים למטרות שונות. הסיב האופטי G.652 הוא דוגמה אחת.

פיזור מצב קיטוב (PMD) משקף את תלות הקיטוב של מאפייני ההתפשטות של גלי אור בסיבים אופטיים. בסיבים אופטיים בפועל, ישנם שני מצבי קיטוב הניצבים זה לזה. באופן אידיאלי, שני מצבי הקיטוב צריכים להיות בעלי אותם מאפייני התפשטות גל, אך באופן כללי, ישנם הבדלים עדינים בין מצבי קיטוב שונים. הסיבה לכך היא שינוי או הפרעה של טמפרטורה, לחץ וגורמים אחרים בתהליך ההתפשטות, וכתוצאה מכך שונה מהירויות שידור של שני מצבי הקיטוב, וכתוצאה מכך עיכוב זמן ופיזור מצבי קיטוב.