La dispersión por 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 velocidades diferentes 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 los 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 por 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 forma idéntica (son degeneradas ).
Sin embargo, en una fibra realista, hay imperfecciones aleatorias que rompen la simetría circular, lo que hace que las dos polarizaciones se propaguen a diferentes velocidades. En este caso, los dos componentes de polarización de una señal se separarán lentamente, por ejemplo, lo que hará que los pulsos se dispersen y se superpongan. Debido a que las imperfecciones son aleatorias, los efectos de dispersión de pulsos corresponden a un recorrido aleatorio y, por lo tanto, tienen un diferencial de tiempo dependiente de la polarización media Δ τ (también llamado retardo de grupo diferencial 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, está la asimetría geométrica, por ejemplo, núcleos ligeramente elípticos. En segundo lugar, están las birrefringencias del material inducidas por tensión , en las que el índice de refracción depende de la polarización. Ambos efectos pueden deberse a una imperfección en la fabricación (que nunca es perfecta ni libre de tensión) 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 de PMD es un dispositivo que utiliza un controlador de polarización para compensar la PMD en las fibras . Básicamente, 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 de tiempo con la frecuencia ) y se aplica un retardo diferencial para volver a sincronizarlas. 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 lo tanto, estos sistemas son caros y complejos; combinado con el hecho de que la PMD aún no es el factor limitante en las velocidades de datos más bajas que todavía se utilizan comúnmente, esto significa que los sistemas de compensación de PMD han tenido un despliegue limitado en los sistemas de telecomunicaciones a gran escala.
Otra alternativa sería utilizar una fibra que mantenga la polarización ( fibra PM ), una fibra cuya simetría esté tan fuertemente rota (por ejemplo, un núcleo altamente elíptico) que una polarización de entrada a lo largo de un eje principal se mantenga hasta la salida. Dado que la segunda polarización nunca se excita, no se produce PMD. Sin embargo, estas fibras actualmente tienen problemas prácticos, como mayores pérdidas que la fibra óptica ordinaria y un mayor costo. Una extensión de esta idea es una fibra de polarización simple en la que solo se permite que un solo estado de polarización se propague a lo largo de la fibra (la otra polarización no es guiada y 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. La PDL degrada de manera similar la calidad de la señal.
En sentido estricto, 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 irreducible bidimensional . 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 fibras de cristal fotónico . Nuevamente, cualquier imperfección aleatoria que rompa la simetría conduciría a PMD en una guía de ondas de este tipo.
