La dispersión del modo de polarización ( PMD ) es una forma de dispersión modal en la que dos polarizaciones diferentes de luz en una guía de ondas , que normalmente viajan a la misma velocidad, viajan a diferentes velocidades debido a imperfecciones y asimetrías aleatorias, lo que provoca una dispersión aleatoria de los pulsos ópticos . A menos que se compense, lo cual es difícil, esto limita en última instancia la velocidad a la que se pueden transmitir datos a través de una fibra.
En una fibra óptica ideal, el núcleo tiene una sección transversal perfectamente circular. En este caso, el modo fundamental tiene dos polarizaciones ortogonales (orientaciones del campo eléctrico ) que viajan a la misma velocidad . La señal que se transmite a través de la fibra está polarizada aleatoriamente, es decir, una superposición aleatoria de estas dos polarizaciones, pero eso no importaría en una fibra ideal porque las dos polarizaciones se propagarían de manera idéntica (son degeneradas ).
En una fibra realista, sin embargo, hay imperfecciones aleatorias que rompen la simetría circular, provocando que las dos polarizaciones se propaguen con diferentes velocidades. En este caso, los dos componentes de polarización de una señal se separarán lentamente, provocando, por ejemplo, que los pulsos se dispersen y se superpongan. Debido a que las imperfecciones son aleatorias, los efectos de dispersión del pulso corresponden a un paseo aleatorio y, por lo tanto, tienen un diferencial de tiempo medio dependiente de la polarización Δ τ (también llamado retardo diferencial de grupo , o DGD) proporcional a la raíz cuadrada de la distancia de propagación L :
D PMD es el parámetro PMD de la fibra, normalmente medido en ps / √ km , una medida de la resistencia y frecuencia de las imperfecciones.
Las imperfecciones aleatorias que rompen la simetría se dividen en varias categorías. En primer lugar, existe una asimetría geométrica, por ejemplo, núcleos ligeramente elípticos. En segundo lugar, existen birrefringencias de materiales inducidas por tensiones , en las que el propio índice de refracción depende de la polarización. Ambos efectos pueden deberse a imperfecciones en la fabricación (que nunca es perfecta o libre de tensiones) o a tensiones térmicas y mecánicas impuestas a la fibra en el campo; además, estas últimas tensiones generalmente varían con el tiempo.
Un sistema de compensación PMD es un dispositivo que utiliza un controlador de polarización para compensar la PMD en las fibras . Esencialmente, se divide la salida de la fibra en dos polarizaciones principales (normalmente aquellas con dτ dω = 0 , es decir, sin variación de primer orden del retardo con la frecuencia ), y se aplica un retardo diferencial para resincronizarlas. Debido a que los efectos de PMD son aleatorios y dependen del tiempo, esto requiere un dispositivo activo que responda a la retroalimentación a lo largo del tiempo. Por tanto, estos sistemas son caros y complejos; Combinado con el hecho de que PMD aún no es el factor limitante en las velocidades de datos más bajas que aún se usan comúnmente, esto significa que los sistemas de compensación PMD han visto un despliegue limitado en sistemas de telecomunicaciones a gran escala.
Otra alternativa sería utilizar una fibra que mantenga la polarización ( fibra PM ), una fibra cuya simetría está tan fuertemente rota (por ejemplo, un núcleo muy elíptico) que se mantiene una polarización de entrada a lo largo de un eje principal hasta la salida. Como la segunda polarización nunca se excita, no se produce PMD. Sin embargo, actualmente estas fibras tienen problemas prácticos, tales como mayores pérdidas que las fibras ópticas ordinarias y un mayor coste. Una extensión de esta idea es una fibra de polarización única en la que solo se permite que un único estado de polarización se propague a lo largo de la fibra (la otra polarización no se guía y se escapa).
Un efecto relacionado es la pérdida dependiente de la polarización (PDL), en la que dos polarizaciones sufren diferentes tasas de pérdida en la fibra debido, nuevamente, a asimetrías. PDL también degrada la calidad de la señal.
Estrictamente hablando, no se requiere un núcleo circular para tener dos estados de polarización degenerados. Más bien, se requiere un núcleo cuyo grupo de simetría admita una representación bidimensional irreducible . Por ejemplo, un núcleo cuadrado o de triángulo equilátero también tendría dos soluciones de polarización de igual velocidad para el modo fundamental; Estas formas generales también surgen en las fibras de cristales fotónicos . Nuevamente, cualquier imperfección aleatoria que rompa la simetría conduciría a PMD en dicha guía de ondas.
