Tán sắc mode phân cực là một đặc tính cơ bản của sợi quang và các thành phần sợi quang đơn mode trong đó năng lƣợng tín hiệu tại một bƣớc sóng nào đó bị phân thành hai mode phân cực trực giao. Nguyên nhân chính dẫn đến sự phân cực trực giao này là do cấu trúc không hoàn hảo của sợi quang, đƣợc gọi là sự chiết quang. Sự khác biệt về chiết xuất sẽ sinh ra vận tốc mode khác nhau, vận tốc truyền của hai mode khác nhau nên thời gian truyền cùng khoảng cách là khác nhau gây ra trễ nhóm (GVD). Vì vậy PMD gây nên hiện tƣợng giãn rộng xung tín hiệu làm giảm chất lƣợng truyền dẫn. Về phƣơng diện này ảnh hƣởng của PMD cũng giống nhƣ ảnh hƣởng của tán sắc ống dẫn sóng. Tuy nhiên vẫn có sự khác nhau, tán sắc ống dẫn sóng tƣơng đối ổn định còn PMD trong sợi đơn mode ở bất kì bƣớc sóng nào cũng không ổn định.
Hình 2.5 Hiện tƣợng tán sắc mode phân cực PMD
Sự dãn xung có thể đƣợc xác định từ thời gian trễ ∆T giữa hai thành phần trực giao trong khi truyền xung. Với sợi quang có độ dài L thì ∆T đƣợc tính nhƣ sau:
Trong đó: chỉ số phụ x, y dùng để phân biệt hai mode phân cực trực giao.
∆β1 đƣợc gắn liền với sự khác nhau trong vận tốc nhóm cùng với hai trạng thái chính của sự phân cực.
Sự liên hệ giữa vận tốc nhóm vg với hằng số lan truyền β đƣợc cho bới công thức sau:
vg = ( dβ/dω )-1 ( 2.13 )
Do vậy lƣợng ∆T/L chính là số đo của PMD. Đối với các sợi duy trì phân cực thì ∆T/L là hoàn toàn lớn ( ~ 1 ns/km ) khi hai thành phần phân cực đƣợc kích thích bằng nhau tại đầu vào sợi nhƣng có thể bị giảm tới không bằng việc phát xạ ánh sáng dọc theo một trong các trục cơ bản.
Nhƣng công thức ( 2.13 ) không thể dùng một cách trực tiếp để xác định PMD đối với các sợi quang tiêu chuẩn trong mạng viễn thống là do tính ghép ngẫu nhiên giữa hai mode đƣợc sinh ra từ sự xáo trộn ngẫu nhiên của lƣỡng chiết xảy ra dọc theo sợi. Việc ghép có khuynh hƣớng làm cân bằng thời gian lan truyền cho hai thành phần phân cực dẫn đến giảm PMD. Trong thực tế thì PMD đƣợc đặc
trƣng bởi giá trị căn trung bình bình phƣơng RMS của ∆T thu đƣợc sau khi lấy trung bình những xáo trộn ngẫu nhiên. Kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
Ở đây lc là độ dài tƣơng quan đƣợc định nghĩa nhƣ là độ dài qua hai thành phần phân cực có mỗi tƣơng quan; giá trị của nó có thể biến đổi trên dải rộng từ 1m đến 1km đối với các sợi khác nhau, giá trị đặc trƣng ≈ 10m.
Đối với các khoảng cách ngắn nhƣ z << lc , σT = ( ∆β1 ).z từ công thức (2.14), nhƣ mong đợi đối với sợi duy trì phân cực. Đối với khoảng cách z > 1km, sự đánh giá tốt nhất của xung mở rộng thu đƣợc sử dụng z >> lc. Cho độ dài sợi là L, σT đƣợc tính xấp xỉ thành:
Trong đó : Dp là tham số tán sắc phân cực với các giá trị tiêu biểu nằm trong khoảng Dp = 0,1 ÷ 1 ps/ km1/2. Do có sự phụ thuộc L1/2
nên sự dãn xung do PMD là tƣơng đối nhỏ so với các hiệu ứng GVD. Tuy nhiên PMD có thể trở thành nhân tố giới hạn cự ly xa của các hệ thống thông tin sợi quang hoạt động trên các khoảng cách dài ở những tốc độ bit cao. Ngoài ra trong một số trƣờng hợp PMD có thể làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính hệ thống do dãn xung qua mức.
Kết luận : Tán sắc gây ra những ảnh hƣởng rất lớn đến các hệ thống thông
tin quang tốc độ cao nói chung và hệ thống WDM nói riêng. Chúng làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng nhƣ tốc độ của hệ thống, thêm nữa chúng có thể gây ra lỗi bit, gây xuống cấp nghiêm trọng các đặc tính của hệ thống. Nhằm hạn chế và loại bỏ chúng, chúng ta cần phải áp dụng những phƣơng pháp bù phù hợp để sao cho có thể bù đƣợc toàn diện nhất. Đối với các hệ thống WDM chúng ta cần phải chú trọng hơn hết đến các tán sắc bậc cao và tán sắc mode phân cực, chúng là những tán sắc chính gây ra những ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng, cũng nhƣ đặc tính của hệ thống này. Chúng ta sẽ đƣợc nghiên cứu các phƣơng pháp bù tán sắc nói chung và ứng dụng các phƣơng pháp bù tán sắc này vào trong hệ thống WDM ở chương III.