Die chromatische Dispersion (CD) ist ein deterministisches Phänomen, das sich auf den Verbreiterungseffekt von optischen Impulsen bezieht, die von einer Senderlichtquelle ausgesendet werden, während sie sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in einem sich ausbreitenden dispersiven Medium bewegen. Starke Impulsverbreiterung führt zu Intersymbolinterferenzen, die eine 0 in eine 1 verwandeln.

Lichtquellen

Alle Lichtquellen haben ein endliches Wellenlängen- oder Frequenzspektrum ungleich Null. Die Wellenlängen oder Frequenzen des Spektrums breiten sich in einer Übertragungsstrecke (z. B. Glasfaser, optische Komponenten, Verstärker) nicht mit der gleichen Geschwindigkeit vom Eingang zum Ausgang aus, weil jede Wellenlänge oder Frequenz einen anderen Brechungsindex (IOR) hat.

Der IOR sorgt dafür, dass sich die Wellenlängen oder Frequenzen der Quelle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (Gruppengeschwindigkeit) ausbreiten und unterschiedliche Ankunftszeiten (Phasen- und Gruppenlaufzeit) haben. Die chromatische Dispersion ist die Veränderung der IOR in Abhängigkeit von der Frequenz oder Wellenlänge. Diese Schwankung ist nichtlinear und führt dazu, dass der Streuungs- und Dispersionseffekt bei einigen Wellenlängen stärker ausfällt als bei anderen, wodurch die Übertragungsbandbreite begrenzt wird.

Zirpen

Der Chirp-Effekt tritt auf, wenn sich das Wellenlängenspektrum der Quelle während des Pulses verändert, insbesondere während der Anstiegs- und Abklingzeit. Die Wellenlängen am Ende des Pulses sind gegenüber denjenigen am Anfang verzögert, was eine Verbreiterung bewirkt. Wenn jedoch die Wellenlängen am Anfang des Pulses gegenüber denen am Ende verzögert sind, führt dies zu einer Kompression.

Kompensation

Die chromatische Dispersion kann passiv und aktiv kompensiert werden.

Passive Techniken

• CD-kompensierende Faser (DCF)
• Faser-CD-Mapping
• Faser-Bragg-Gitter (FBG)
• Higher-order-mode (HOM)-Faser
• Virtuell abgebildetes Phased Array (VIPA)
• CD-unterstützte Übertragung wie CD-Mapping
• Holey-Faser

Aktive Techniken

• Nichtlinearer Effekt (NLE) und nichtlinear bedingte Übertragungen wie Solitonübertragung
• Vorkonditionierung wie Pre-Chirping
• Elektronische Signalverarbeitung
• Phasenkorrektur
• Rückkopplung auf Entscheidungsebene
• Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC)
• Spektralinversion (d.h. Invertierung von Spektralkomponenten, typischerweise im mittleren Systembereich)

Testverfahren

Es gibt vier international genormte Methoden zur Prüfung der chromatischen Dispersion:

1. Phasenverschiebungsmethode (PSM)
2. Differenzielle Phasenverschiebungsmethode (DPSM)
3. Spektrale Gruppenlaufzeitmethode im Zeitbereich (OTDR-Methode)
4. Interferometrische Methode (INTY)

Messung

Da die chromatische Dispersion deterministisch ist und an ein mathematisches Ableitungsmodell angepasst werden kann, lässt sie sich grundsätzlich auf zwei Arten berechnen. Für eine kleine Anzahl von Fasern kann die Ableitung aus der Funktion der Gruppenlaufzeit über der Wellenlänge extrapoliert werden. Bei einer Mischung von Fasern muss die Ableitung lokal extrapoliert werden, wobei eine begrenzte Anzahl von Verzögerungsmessungen über eine kurze Wellenlängenspanne verwendet wird.

Schließlich kann die chromatische Dispersion sowohl im Labor als auch im Feld gemessen werden.