Хроматическая дисперсия - это явление, при котором скорость распространения электромагнитной волны через среду зависит от частоты (или длины) волны.
Следовательно, свет с разной длиной волны будет распространяться через диспергирующую среду с несколько разной скоростью. Или, другими словами, через среду с показателем преломления, зависящим от длины волны.
Считается, что среда обладает нормальной дисперсией, если показатель преломления уменьшается с увеличением длины волны (например, красный свет распространяется быстрее, чем синий).
Если же показатель преломления увеличивается с ростом длины волны, то дисперсия считается аномальной.
Возможно, наиболее известный пример хроматической дисперсии это радуга.
Оптическое волокно состоит из кварцевого стекла. Волноводные свойства достигаются путем придания сердцевине волокна несколько иного показателя преломления, чем оболочке.
Поскольку модулированный свет не может быть идеально монохроматическим, дисперсия в волокне приводит к уширению (во времени) световых импульсов, распространяющихся по волокну (см. рисунок ниже). По сути, "синяя" часть импульса будет проходить по волокну быстрее, чем "красная". Это явление приводит к снижению чувствительности приемника и, в конечном счете, к битовым ошибкам в цифровом потоке данных.
Уширение дельта dT оптического импульса спектральной ширины дельта dL, проходящего по оптическому волокну длиной L, может быть выражено как dT = D*dL*L, где D - параметр дисперсии (выраженный в пс/нм*км).
Обычно уширение импульса на ширину спектра dT/dL рассчитывается для конкретной длины волокна (выраженной в пс/нм). Пример показан на рисунке ниже.
Стоит обратить внимание на некоторые моменты:
- Дисперсия волокна близка к нулю в районе 1310 нм
- Дисперсия волокна аномальна (D>0) для длин волн более 1310 нм
- Дисперсия волокна нормальна (D<0) для длин волн короче 1310 нм
- Точка нулевой дисперсии может быть смещена путем изменения свойств сердцевины и оболочки волокна
Негативное влияние дисперсии на передачу данных по волокну с длиной волны около 1550 нм становится более серьезным с увеличением скорости передачи данных, поскольку
а) импульсы, представляющие биты данных, становятся короче
и
б) высокая скорость модуляции расширяет спектр сигнала.
Дисперсия волокна устанавливает практическое ограничение для передачи NRZ со скоростью 10 Гбит/с на расстояние около 80 км. Для сетей с усилением на большие расстояния дисперсия должна быть компенсирована (путем введения в сеть модулей компенсации дисперсии - DCM).
При расчете бюджета мощности обязательно учитывается затухание, вносимое дисперсией. Для 80-километрового канала 10G NRZ, работающего на длине волны 1550 нм, обычно необходимо вычесть 2-3 дБ из доступного бюджета мощности.
При более высоких скоростях передачи данных, чем 10 Гбит/с, выгодно использовать передачу на длине волны 1310 нм, чтобы уменьшить влияние дисперсии волокна. Можно использовать и другие методы, например, кодирование с прямой коррекцией ошибок (FEC).