Bản chất của tán sắc là sự giãn phổ của xung tín hiệu khi truyền dẫn trên sợi quang. Các xung lân cận bị dãn rộng ra tới một mức nào sẽ phủ chùm lên nhau do đó không phân biệt đ−ợc các xung với nhau nữa gây méo tín hiệu lúc đó việc thu và tách các xung này ở đầu ra sẽ gặp nhiều khó khăn. tín hiệu thu đ−ợc sẽ sai lệch đi và dẫn tới lỗi bit lớn. Vì vậy tán sắc sẽ hạn chế cự ly truyền dẫn cũng nh− tốc độ truyền dẫn.
Tán sắc tổng bao gồm tán sắc mode, tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng. Tán sắc mode chỉ tồn tại trong truyền dẫn trên sợi đa mode, các mode sẽ lan truyền với các đ−ờng khác nhau, làm cho cự ly truyền dẫn và thời gian lan truyền giữa các mode khác nhau.
Tán sắc vật liệu là một hàm b−ớc sóng và do sự thay đổi về chỉ số chiết suất của vật liệu làm lõi sợi, nên nó tạo ra sự phụ thuộc của b−ớc sóng vào vận tốc nhóm.
Tán sắc dẫn sóng là do sợi đơn mode chỉ giữ đ−ợc 80% năng l−ợng ở trong lõi, vì vậy còn 20% năng l−ợng xung quanh lan truyền trong vỏ nhanh hơn lan
truyền trong lõi. Tán sắc dẫn sóng phụ thuộc vào hằng số lan truyền β và β là hằng số của a/λ (a: đ−ờng kính lõi).
Để giảm bớt ảnh h−ởng của tán sắc thì phải làm hẹp độ rộng phổ của nguồn phát hoặc dùng ph−ơng pháp bù tán sắc nh−:
- Dùng sợi G.653 (sợi có tán sắc 0 tại cửa sổ truyền dẫn 1550nm) - Điều chế tự dịch pha SPM
- Dùng các thành phần bù tán sắc tự động (bộ kết hợp quay pha b−ớc sóng và sợi tán sắc âm)
- Bù tán sắc bằng các thiết bị dịch tần tr−ớc (pre-chirp)
- Bù tán sắc bằng kỹ thuật DST (Dispersion Supported Transmission) - Bù tán sắc bằng sợi DCF
- Bù tán sắc bằng các modul DCM sử dụng cách tử sợi Bragg.
Tuy nhiên, sử dụng công nghệ ghép kênh theo b−ớc sóng WDM đã giảm đựơc ảnh h−ởng của tán sắc. Đó là do sử dụng đ−ợc kỹ thuật WDM cho phép tăng dung l−ợng của hệ thống mà không phải tăng tốc độ trong truyền dẫn kênh tín hiệu. Do đó nếu không xảy ra các hiệu ứng phi tuyến làm tăng ảnh h−ởng của tán sắc (điển hình là hiệu ứng XPM) thì giới hạn khoảng cách truyền dẫn do tán sắc gây ra với hệ thống WDM có thể coi nh− giống với hệ thống đơn kênh TDM có tốc độ bằng tốc độ của một kênh b−ớc sóng trong hệ thống WDM.
Các hệ thống truyền dẫn TDM cũng nh− WDM bị ảnh h−ởng nhiều hơn đối với một loại tán sắc khác, khi tăng tốc độ truyền dẫn của hệ thống còn phải quan tâm đến ảnh h−ởng của tán sắc mode phân cực (PMD), ảnh h−ởng này th−ờng đ−ợc bỏ qua đối với hệ thống độc lập tốc độ thấp.
Tán sắc mode phân cực PMD (Polarization mode dispersion)
Tán sắc mode phân cực (PMD) là một thuộc tính cơ bản của sợi quang đơn mode và các thành phần hợp thành. Trong đó năng l−ợng tín hiệu ở bất kỳ b−ớc sóng nào cũng đ−ợc phân tích thành hai mode phân cực trực giao có vận tốc truyền khác nhau. Do vận
tốc của hai mode chênh nhau đôi chút nên thời gian truyền qua cùng khoảng cách là khác nhau và đ−ợc gọi là trễ nhóm. Vì vậy, PMD sẽ làm dãn rộng xung tín hiệu gây nên suy giảm dung l−ợng truyền dẫn. Về ph−ơng diện này, ảnh h−ởng của tán sắc mode phân cực cũng giống nh− ảnh h−ởng của tán sắc. Tuy nhiên, một điểm khác biệt lớn đó là: tán sắc là một hiện t−ợng t−ơng đối ổn định, trong khi đó PMD của sợi đơn mode ở bất kỳ b−ớc sóng nào cũng là không ổn định. Ngoài những ảnh h−ởng trên còn phải kể đến suy hao phụ thuộc phân cực (PLD) của các thành phần hợp thành. PLD phân biệt sự thay đổi phân cực trong thành phần c−ờng độ đ−ợc tách ra từ tín hiệu mong muốn thông qua sự suy hao trạng thái phân cực có chọn lọc.
Nguyên nhân là do cấu trúc không hoàn hảo của sợi quang cũng nh− các thành phần quang hợp thành nên có sự khác biệt về chiết suất đối với cặp trạng thái phân cực trực giao, đ−ợc gọi là sự l−ỡng chiết. Sự khác biệt về chiết suất này sẽ gây ra độ chênh lệch thời gian truyền sóng trong các mode phân cực này. Trong các sợi đơn mode, hiện t−ợng này bắt nguồn từ sự không tròn hoặc ô van của lõi sợi theo hai cách: ống dẫn sóng ô van, vốn có tính l−ỡng chiết và tr−ờng lực căng cơ học tạo nên bởi lõi ô van gồm cả l−ỡng chiết phụ. Nhìn chung ảnh h−ởng của ống dẫn sóng ô van có vai trò lớn trong sợi PMD thấp.
Sự l−ỡng chiết của các vật liệu trong suốt giống nhau nh− thạch anh đ−ợc tạo ra từ cấu trúc tinh thể cân xứng. Nh− vậy, PMD trong các thành phần quang có thể sinh ra từ sự l−ỡng chiết của các thành phần con trong các thành phần quang hợp thành. Tín hiệu truyền trên các đ−ờng song song nhau có độ dài quang khác nhau cũng sinh ra hiện t−ợng trễ nhóm.
Sự phân cực trong sợi đặc tr−ng cho l−ỡng chiết do lực cơ học. Nhiều phần tử không phải là thuỷ tinh đ−ợc cho vào trong vỏ của sợi cho nên ở lõi xuất hiện tr−ờng lực không đối xứng nhau dọc theo chiều dài sợi. Khi ánh sáng phân cực bị ghép trong một đoạn sợi này thì tr−ờng điện đầu ra của ánh sáng đầu vào đ−ợc phân tích thành hai modul phân cực trực giao với tốc độ truyền khác nhau. Các modul phân cực đ−ợc duy trì dọc theo sợi và năng l−ợng của chúng không bị ghép.
Ngoài những nguyên nhân trên l−ỡng chiết còn sinh ra bởi sự uốn cong của sợi. Sự uốn cong này làm thay đổi mật độ phần tử của cấu trúc sợi, làm cho hệ số khúc xạ mất đối xứng. Tuy nhiên, l−ỡng chiết do uốn cong không phải nguyên nhân chủ yếu sinh ra PMD.