language flag language flag

شرکت فاطر مشاور، طراح و مجری پروژه های فیبر نوری

ارائه کننده تجهیزات فیبر نوری، شبکه FTTH و تکنولوژی GPON

پاشندگی حالت پلاریزاسیون (PMD)

همه فیبرها درجه ای از انکسار مضاعف (birefringence) دارند و هسته آن ها در تمام طول فیبر به شکل دایره کامل نیست. انکسار مضاعف فیبر و غیرمدور بودن هسته سبب می شود سیگنال نوری (تک رنگ) به دو سیگنال پلاریزه شده عمود برهم تجزیه شود که حالت پلاریزاسیون آن ها با هم فرق می کند و هر یک با سرعت و فازی متفاوت از دیگری حرکت می کند. همین اتفاق در مورد پالس های سیگنال نوری مدوله شده هم رخ می دهد. هر پالس به دو پالس تجزیه می شود در سرعت و زمان رسیدن به مقصد، پاشندگی پالس رخ می دهد. این پدیده به ویژه در انتقال در فیبرهای SM با نرخ بیت بالا حدود 2.5Gbps بسیار حائز اهمیت است و تحت عنوان پاشندگی حالت پلاریزاسیون PMD خوانده می شود.
طبق تعریف ارائه شده در ITU-T G650 بین دو حالت پلاریزه متعامد با متوسط گیری از اختلاف زمان تأخیر گروهی (DGD) روی طول موج به واحد ps محاسبه می شود.

تعریف PMD
انتشار و پخش زمانی انتقال پالس های سیگنال به دلیل انکسار مضاعف را PMD می گویند. PMD به عنوان نتیجه و دلیل تأخیر اختلاف زمانی بین اجزای سیگنال که در دو محور پلاریزه عمود بر هم یا در حالت های اصلی پلاریزاسیون ‎(Principal States Polarization) PSP‏ فیبر نوری انتقال می یابد به صورت ریاضی مدل می شود و عموماً بدین صورت مفهوم سازی می شود. دو PSP با سرعت های متفاوت در فیبر نوری پخش می شوند. این پدیده باعث می شود دو کپی از سیگنال با تاخیر زمانی نسبت به هم ایجاد شود که این امر باعث ایجاد اختلال و اعوجاج شدیدی در گیرنده نوری در انتهای خط می شود. اگرچه، PMD ممکن است با تغییر زمان و فرکانس نوری به دلیل ترتیب اثر بالای PMD تغییر کند. بنابراین سیگنال های ارسالی با کانال های طول موج متفاوت در طی حرکت در فیبر نوری اعوجاج های متفاوتی را تجربه می کنند.


تأخیر تفاضلی گروهی ‎(Differential Group Delay) DGD
تفاوت زمانی رسیدن بین دو حالت پلاریزاسیون اصلی را انکسار مضاعف می گویند. فیبرها همیشه دو حالت پلاریزه عمود بر هم که با سرعت های بسیار متفاوت از هم عبور می کنند را نشان می دهند. فیبرها اختلاف تأخیر زمانی بین اجزای سیگنال نوری که در دو حالت پلاریزه کند و تند ارسال می شوند را معرفی می کنند. مقدار PMD در فیبر معمولاً با عنوان DGD و با Δt نمایش داده می شود.


بنابراین، مانند شکل 37 پالس سیگنال کوتاهی که توسط فیبر نوری با انکسار مضاعف فرستاده می شود ممکن است به دو پالس پلاریزه عمود بر هم با سرعت های متفاوت تجزیه شود.

کوپلینگ حالت پلاریزاسیون
به غیر از فیبرهای خاص که دارای پلاریزاسیون می باشند که در طرح های انتقال خاص استفاده می شوند اکثر فیبرهای نوری معمولی که در سیستم مخابراتی استفاده می شوند طوری طراحی شده اند که کمترین انکسار مضاعف را داشته باشند. با این وجود بعضی فیبرهای مخابراتی ممکن است مقدار قابل توجهی انکسار مضاعف داشته باشند که علت آن به خاطر مواد رسوبی و انکسار مضاعف موجبر می باشد. اما بر خلاف فیبرهای با انکسار مضاعف پلاریزاسیون بالا، انکسار مضاعفی که باعث ایجاد PMD می شود به علت کوپلینگ حالت پلاریزاسیون رندوم که توسط خمش و پیچش فیبر ایجاد می شود یکسان و یکنواخت نمی باشد. ترجیحاً این فیبرها تشکیل شده از چند فیبر انکسار مضاعف که محور سریع و کند آن به صورت تصادفی و رندوم جابه جا می شود. جهت گیری رندوم و تصادفی تکه های جداگانه فیبر در این مدل دقیقاً اثری مانند کوپلینگ حالت پلاریزاسیون در فیبرهای نوری دارد.

مقدار مناسب PMD
طبق تعریف ارائه شده در ITU-T G650 بین دو حالت پلاریزه متعامد با متوسط گیری از اختلاف زمان گروهی (DGD) روی طول موج به واحد ps محاسبه می شود. PMD زمانی به حداکثر خود می رسد که هر دو PSP به طور یکسان و تا حداکثر ممکن برانگیخته شده و ماکزیمم DGD و پهن شدگی پالس را ایجاد کنند. برعکس PMD زمانی از بین می رود یا به حداقل خود می رسد که تنها یکی از دو حالات برانگیخته شود. همین طور ضریب حالت پاشندگی حالت پلاریزاسیون از تقسیم PMD به مجذور طول فیر به واحد ps/√km به دست می آید. فیبرهای نوری دارای ضریب پاشندگی حالت پلاریزاسیونی کمتر از 0.2ps/√km هستند.

اتلاف توان در فیبر به واسطه پلاریزاسیون
به طور واقعی، هر ماده شفاف به نور نظیر فیبر، درجه ای از حساسیت نسبت به پلاریزاسیون از خود نشان می دهد بدین گونه که توان نوری با افت مواجه می شود، این افت، ناشی از پلاریزاسیون PDL که مخفف کلمه Polarization dependent loss می باشد و عبارت از تغییر در مقدار توان قله به قله موج است و برحسب دسی بل سنجیده می شود. واضح است که پلاریزه کننده های خطی، PDL بالایی داشته باشند (30dB<) در حالی که این رقم برای SMF خیلی کوچک است. ( 0.02db >)

جبران PMD
فیبرها با متوسط اختلاف تأخیر گروهی (DGD) برحسب پیکوثانیه، یا ضریب DGD برحسب واحد ps/√km مشخص می شوند. یعنی فیبری با PMD پایین، متوسط ضریب DGD کمتر از 0.1ps/√km دارد و برای PMD بالا این رقم 2ps/√km است. همین طور برای فیبری با طول 625Km، متوسط DGD برای فیبر با PMD پایین، حدود 2.5ps است در حالی که برای فیبر با PMD بالا این رقم حدود 50ps است.
برحسب dB، جریمه حساسیت گیرنده برای متوسط تأخیر گروهی 50ps، کمتر از 0.1dB در نرخ بیت 2.5Gbps و بزرگتر از 4dB در 10Gbps است. در نرخ بیت های بالاتر از 40Gbps جریمه گیرنده به رقم قابل توجهی باطل می شود.
در نتیجه PMD عامل اصلی پاشندگی در نرخ بیت های نزدیک و بالاتر از 40Gbps است و ضرورت جبران PMD اجتناب ناپذیر است. اما جبران PMD در مقام مقایسه با پاشندگی رنگی به مراتب دشوارتر است و هیچ راه حل ساده و ارزان قیمتی برای این کار وجود ندارد.