繊維分散とは何ですか？
光ファイバで伝送される光信号（パルス）の異なる周波数成分または異なるモード成分は異なる速度で伝播し、信号の歪み（パルスの広がり）は特定の距離に達すると必然的に発生します。 この現象は、光ファイバの分散または分散と呼ばれます。 光ファイバで伝送される光信号には一定のスペクトル幅があります。つまり、光信号には多くの異なる周波数成分があります。 同時に、マルチモードファイバでは、光信号はいくつかのモードで構成され得る。すなわち、各周波数成分はまた、いくつかのモード成分で構成され得る。
光ファイバの分散とは、異なる周波数成分と異なる伝送速度の異なるモード成分によって引き起こされる信号の歪みを指します。 デジタル光ファイバー通信システムでは、分散によって光パルスが広がります。 分散が深刻な場合、光パルスは互いに重なり合い、シンボル間干渉を引き起こし、ビットエラーレートを増加させます。 したがって、光ファイバの分散は、光ファイバの伝送容量に影響を与えるだけでなく、光ファイバ通信システムの中継距離も制限します。
光が光ファイバ内を伝搬する場合、その周波数は単一周波数ではないため、動作モードは単一動作モードではないため、伝搬速度がわずかに異なります。これは分散と呼ばれます。 変調波がデジタルパルスの場合、復調信号の幅が広がり、ビットエラーが発生し、伝送速度の向上が制限されます。 変調波形がアナログ信号の場合、信号周波数の増加に伴い検出後のレベルが低下し、非線形歪みを示し、基本波の高調波成分が増加します。 光ファイバネットワークでのCATV信号の送信は、CSOおよびCTBインデックスの劣化を引き起こします。 これらの現象を光ファイバの分散特性と呼び、後者の分散特性を帯域幅特性（または周波数特性）とも呼びます。
ファイバ分散は、ファイバ内の入力信号の伝搬状態を示します。これは、異なる速度で伝搬する光信号の異なる周波数成分または異なるモード成分によって引き起こされる信号の歪みを指します。 これには主に、モード間分散、色分散、偏光モード分散が含まれます。
インターモーダル分散
インターモーダル分散は、マルチモードファイバやその他の導波路における一種の信号歪みメカニズムです。 マルチモードファイバでは、さまざまな入射角でファイバに入射する光線は、パスまたはモードとして定義されます。 各モードの伝送経路が異なるため、伝送速度（群速度）も異なるため、モード間で光ファイバ端末への信号伝送に時間差が生じます。 次の図のステップインデックスマルチモードファイバに示すように、一般に、一部の光線はコアを直接通過し（軸モード）、他の光線はクラッド/コア境界間で前後に反射し、ジグザグ導波路に沿って伝搬します。 事実、光が屈折すると、モード間分散/モード分散が発生します。 IMDと伝送パスの間には正の相関関係があります。 つまり、高次モード（光線が大きな角度で入るとパスが長くなる）によって引き起こされるIMDは、低次モード（光線が小さい角度で入るとパスが短くなる）によって引き起こされるIMDよりも高くなります。角度）。
マルチモードファイバは、同時に最大17モードの光伝搬に対応でき、モード間分散はシングルモードファイバよりもはるかに高くなります。 これは、シングルモードファイバには単一の伝搬モードがあるためです。つまり、光はクラッド境界に反射せずにコアに沿って伝搬し（軸モード）、モード間の分散がありません。
ただし、グレーデッドインデックスマルチモードファイバを使用する場合は状況が異なります。 光もさまざまなモードで伝播しますが、コアの屈折率が不均一であるため、光路は直線ではなく曲線になり、光の伝播速度も変化します。 したがって、適切な屈折率分布を選択することにより、モード間分散を大幅に減らすことができます。
色分散
波長分散とは、材料分散や導波路分散など、光ファイバ内のさまざまな波長成分のさまざまな群速度によって引き起こされる光パルスの広がりの現象を指します。
材料の分散は、コア材料の屈折率の波長依存性によって引き起こされますが、導波路の分散は、モード伝搬定数のファイバパラメータ（コア半径、コアとクラッド間の屈折率差）および信号波長への依存性によって引き起こされます。 特定の周波数では、材料分散と導波路分散が互いに打ち消し合って、ゼロ色分散に近い波長を得ることができます。
実際、色分散は必ずしも好ましくないわけではありません。 光はさまざまな波長または材料でさまざまな速度で伝播し、その結果、ファイバ内の光パルスが広がりまたは圧縮されます。これにより、屈折率プロファイルをカスタマイズして、さまざまな目的のファイバを生成できます。 G.652ファイバーがその一例です。
偏光モード分散
偏光モード分散（PMD）は、光ファイバ内の光波伝搬の偏光依存性を反映しています。 実際の光ファイバーには、互いに垂直な2つの偏光モードがあります。 理想的には、2つの偏光モードは同じ光波伝搬特性を持つ必要がありますが、一般的に言えば、異なる偏光モードにはわずかな違いがあります。 これは、伝搬プロセスにおける温度、圧力、およびその他の要因の変化または乱れによるものであり、2つの偏波モードの伝送速度が異なり、遅延と偏波モードの分散が発生します。
分散を補償する方法は？
ファイバ分散は信号を弱めることはありませんが、ファイバ内の信号の伝搬距離を短くし、信号の歪みを引き起こします。 たとえば、送信機での1ナノ秒の光パルスが受信機で10ナノ秒に拡大されるため、信号を正常に受信およびデコードできなくなります。 したがって、DWDMやその他の長距離伝送システムでは、ファイバの分散を減らすか、分散を補償することが非常に重要です。 以下では、一般的に使用される3つの分散補償戦略と方法を紹介します。
分散補償ファイバ
分散補償ファイバ（DCF）技術を使用することにより、負の分散ファイバを従来のファイバに追加できます。 分散補償ファイバと比較して、従来のファイバの分散値は非常に大きく、分散は正であるため、この種のファイバの配光は減少するか、さらには消失します。 負の分散補償ファイバを追加することにより、ファイバライン全体の全分散をほぼゼロにすることができ、高速、大容量、長距離通信を実現します。 分散補償ファイバには、事前補償、事後補償、対称補償の3つの補償メカニズムがあります。 分散補償ファイバは、1310 nmファイバリンクのアップグレードに広く使用されており、1550nmで動作します。
ファイバブラッググレーティング
ファイバブラッググレーティング（FBG）は、ファイバで構成される一種の反射デバイスであり、特定の距離内でコアの屈折率を変調できます。 100 kmの伝送システムでは、このデバイスを使用することで分散効果を大幅に減らすことができます。 ビームがファイバブラッググレーティングを通過すると、変調条件を満たす波長が反射し、残りの波長はファイバに沿ってファイバブラッググレーティングを通過し続けます。 ファイバブラッググレーティングを他のパッシブファイバデバイスと低挿入損失および低コストで統合できるため、分散補償にファイバブラッググレーティングを使用することには大きな利点があります。 また、ファイバブラッググレーティングは、分散補償フィルタとしてだけでなく、センサー、ポンプレーザーの波長安定器、狭帯域波長分割多重加算/減算フィルタとしても使用できます。
電子分散補償
電子分散補償（EDC）は、電子フィルタリング（等化とも呼ばれます）を使用することによる光通信リンクの分散補償の方法です。つまり、通信チャネルでフィルタリングして、伝送媒体によって引き起こされる信号の減衰を補償します。 電子分散補償は通常、横フィルターによって実現されます。横フィルターの出力は、一連の遅延入力の加重和です。 受信信号の特性に応じて、フィルターの重みを自動的に調整することができます。 電子分散補償は、シングルモードファイバーシステムとマルチモードファイバーシステムで使用できます。 また、10ギガビット/ SレシーバICの他の機能と組み合わせることができます。 シングルモードファイバシステムの送信機コストを大幅に削減し、受信機のコスト損失を抑えてマルチモードファイバシステムの伝送距離を伸ばすことができます。
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