Dispersión modal

La dispersión modal es un mecanismo de distorsión que se produce en fibras multimodo y otras guías de onda , en el que la señal se dispersa en el tiempo debido a que la velocidad de propagación de la señal óptica no es la misma para todos los modos . Otros nombres para este fenómeno incluyen distorsión multimodo , dispersión multimodo , distorsión modal , distorsión intermodal , dispersión intermodal y distorsión de retardo intermodal . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

En la analogía de la óptica geométrica , la dispersión modal en una fibra óptica de índice escalonado puede compararse con la propagación multitrayecto de una señal de radio . Los rayos de luz entran en la fibra con diferentes ángulos respecto al eje de la fibra , hasta el ángulo de aceptación de la misma . Los rayos que entran con un ángulo menor viajan por una trayectoria más directa y llegan antes que los que entran con un ángulo mayor (que se reflejan muchas más veces en los límites del núcleo a medida que recorren la fibra). La llegada de los diferentes componentes de la señal en diferentes momentos distorsiona la forma. ^{[ 3 ]}

La dispersión modal limita el ancho de banda de las fibras multimodo. Por ejemplo, una fibra típica de índice escalonado con un núcleo de 50 μm tendría un ancho de banda limitado a aproximadamente 20 MHz en un kilómetro de longitud; es decir, un ancho de banda de 20 MHz·km. La dispersión modal puede reducirse considerablemente, pero nunca eliminarse por completo, mediante el uso de un núcleo con un perfil de índice de refracción gradual . Sin embargo, actualmente se fabrican comúnmente fibras multimodo de índice gradual con anchos de banda superiores a 3,5 GHz·km a 850 nm para su uso en enlaces de datos de 10 Gbit/s.      

La dispersión modal no debe confundirse con la dispersión cromática , una distorsión que se produce debido a las diferencias en la velocidad de propagación de las distintas longitudes de onda de la luz. La dispersión modal se produce incluso con una fuente de luz ideal y monocromática.

Un caso especial de dispersión modal es la dispersión por modo de polarización (PMD), un fenómeno de dispersión de fibra generalmente asociado con fibras monomodo. La PMD se produce cuando dos modos que normalmente viajan a la misma velocidad debido a la simetría geométrica y de tensión del núcleo de la fibra (por ejemplo, dos polarizaciones ortogonales en una guía de ondas de sección transversal circular o cuadrada), viajan a velocidades diferentes debido a imperfecciones aleatorias que rompen la simetría.

En la fibra óptica multimodo, donde se propagan múltiples longitudes de onda, a veces resulta difícil identificar la longitud de onda dispersa entre todas las presentes, si aún no existe un problema de degradación del servicio. Se puede comparar la potencia óptica actual de cada longitud de onda con los valores de diseño y buscar diferencias. Posteriormente, se prueba la fibra óptica de extremo a extremo. Si no se detecta pérdida, lo más probable es que exista dispersión en esa longitud de onda en particular. Normalmente, los ingenieros comienzan a probar la fibra sección por sección hasta llegar a la sección afectada; se prueban todas las longitudes de onda y la longitud de onda afectada produce una pérdida en el extremo opuesto de la fibra. Se puede calcular fácilmente qué parte de la fibra está afectada y reemplazarla por una nueva. El reemplazo de la fibra óptica solo es necesario cuando existe una dispersión intensa y el servicio se ve afectado; de lo contrario, se pueden utilizar diversos métodos para compensar la dispersión.

• Demostración web interactiva sobre dispersión modal. Instituto de Telecomunicaciones, Universidad de Stuttgart.