Хроматична дисперсія

Уявімо собі, що у хвилеводі розповсюджується поліхроматична хвиля. Ця ситуація відповідає реальному випадку, оскільки кожне джерело випромінювання має кінцеву напівширину спектра випромінювання. Процес розповсюдження такої хвилі можна розглядати як процес розповсюдження набору монохроматичних хвиль. Природно, що кожна така хвиля розповсюджується вздовж хвилеводу зі своєю константою розповсюдження, оскільки ця характеристика залежить від довжини хвилі. Окрім цього показники середовищ хвилеводу, підкладенки та покривного шару залежать від довжини хвилі. Спостерігається, так зване, явище дисперсії показника заломлення. На рисунку 2.4.1 наведена якісна залежність показника заломлення від частоти світлових коливань.

За винятком інтервалу частот показник заломлення зростає із збільшенням частоти (зменшується із зростанням довжини хвилі). Як відомо, залежність такого типу має назву нормальної дисперсії. В інтервалі частот дисперсія показника заломлення називається аномальною. У фізиці волоконно-оптичих ліній зв’язку залежність називають матеріальною хроматичною дисперсією. Така назва вводиться для того, щоб відрізнити такий тип дисперсії від інших, що спостерігаються у хвилевідних системах.

Зауважимо, що аналізуючи дисперсійне рівняння, можна зробити висновок, що у випадку поліхроматичного випромінювання у хвилеводі, навіть в одномодовому (в традиційному розумінні цього терміну), розповсюджується набір монохроматичних мод. Кожна така мода має свою константу розповсюдження, яка визначається показником заломлення для цієї довжини хвилі та умовою самоузгодження (кутом нахилу її до площини хвилеводу). Як наслідок ці хвилі в кожній точці хвилеводу мають свою фазу або, іншими словами, мають в кожній точці різні часові затримки, які визначаються ефективним показником заломлення. Це явище отримало назву хроматичної дисперсії хвилевідної системи. Якщо довжина хвилеводу незначна, то різницею в затримках монохроматичних хвиль, що виникають у наслідок явища хроматичної дисперсії в принципі можна нехтувати. Проте на великих відстанях часова різниця між хвилями різної довжини може бути значною. Це призводить до руйнації імпульсів, які передаються хвилевідними каналами (див. рис. 2.4.2). Особливо це актуальне в сучасному зв’язку, коли довжина оптичних кабелів вимірюється кілометрами, а частота сигналу, який передається, гігогерцами. В ВОСП хроматична дисперсія, за звичай, характеризується коефіцієнтом хроматичної дисперсії в одиницях з розмірністю (пс/(нм км)), який визначає нормовані (по довжині хвилі) затримки сигналу, що виникають для даної довжини хвилі в кабелі довжиною 1 км. Про методи зменшення впливу хроматичною дисперсії на характеристики сигналів, що передаються по волокну ми будемо говорити при вивченні характеристик сучасних світловодів.