التشتت وعرض النطاق

يُضعف التوهين النبضة؛ أما التشتت فيوسّعها. أجزاء الضوء المختلفة — أنماط مختلفة، أطوال موجية مختلفة، استقطابات مختلفة — تنتقل بسرعات مختلفة قليلًا وتصل في أوقات مختلفة قليلًا، فتمتزج «1» الحادة بجاراتها. عند المعدلات المنخفضة والمسافات القصيرة يكون هذا غير ملحوظ؛ أما عند 10 Gb/s على مسافة 80 km أو عند 25 Gb/s على مسافة 100 m من الألياف متعددة الأنماط فهو الحد الفاصل. توضح هذه الصفحة الأنواع الثلاثة للتشتت، وحاصل ضرب عرض النطاق في المسافة للألياف متعددة الأنماط، وكيفية تقدير مدى الإرسال المحدود بالتشتت، وكيف تُعوِّض الوحدات والأنظمة عنه.

الأنواع الثلاثة للتشتت

التشتت النمطي وعرض النطاق متعدد الأنماط

تُصنَّف الألياف متعددة الأنماط بحسب عرض النطاق النمطي الفعال (EMB) بوحدة MHz·km: وهو التردد الذي تنخفض عنده استجابة الليف بمقدار 3 dB، مضروبًا في الطول. وعرض النطاق يتناسب عكسيًا مع الطول:

قاعدة عملية: تحتاج الوصلة إلى عرض نطاق ≈ 0.7 × معدل البت لـ NRZ. يحتاج 10 Gb/s إلى نحو 7 GHz، أي OM3 حتى نحو 285 m (يقول المعيار 300 m)؛ ويحتاج 25 Gb/s إلى نحو 17.5 GHz، أي OM4 حتى نحو 270 m نظريًا، لكن تحمّل المستقبل للتشتت والعرض الطيفي لـ VCSEL يخفضان المعيار إلى 100 m. ومن هنا جدول مدى الإرسال:

الجدول الكامل: جداول مدى الإرسال. شرط الحقن (التدفق المحاط) موحَّد قياسيًا بحيث تصح هذه الأرقام مع VCSEL حقيقية.

التشتت اللوني في الألياف أحادية النمط

يعبر معامل التشتت D (بوحدة ps لكل nm من عرض المصدر لكل km) نقطة الصفر قرب 1 310 nm في ليف G.652 القياسي، ويبلغ ≈ +17 ps/(nm·km) عند 1 550 nm. اتساع النبضة:

Δt = D × Δλ × L

يظهر تحمّل التشتت في صحائف البيانات بوحدة ps/nm (مثلًا 800 ps/nm لوحدة ER بمدى 40 km = 17 × 40 × ~1.2 nm): ويجب أن يبقى حاصل ضرب D × L للوصلة أقل من هذه القيمة (قراءة صحيفة بيانات).

مدى الإرسال المحدود بالتشتت (NRZ، دون تعويض)

قاعدة عملية: يتغيّر مدى الإرسال بحسب 1/(معدل البت)² لعرض مصدر ثابت — فمضاعفة المعدل تقلّص المسافة المحدودة بالتشتت إلى الربع.

التعويض والتخفيف

تشتت نمط الاستقطاب

لا يكون الليف دائريًا تمامًا أبدًا؛ فمحورا الاستقطاب يريان معاملي انكسار مختلفين قليلًا، وتنقسم النبضة بمقدار تأخر زمني تفاضلي يتزايد مع الجذر التربيعي للطول (اقتران عشوائي بين الأنماط). الألياف الحديثة: ≤ 0.1 ps/√km، أي 1 ps على 100 km، وهو غير ضار حتى 40 Gb/s NRZ. أما الألياف القديمة (قبل 1995): فتبلغ 0.5–2 ps/√km، وهذا يمثل مشكلة عند 10G على أكثر من 100 km، وهو سبب تتبّع DSP المتماسك للاستقطاب باستمرار.

كيف يظهر أثر التشتت

في CodingBox

لا يُخزَّن تحمّل التشتت في EEPROM، لكن الحقول التي تتنبأ به موجودة: الطول الموجي (1310 مقابل 1550)، ونوع الليزر المستخرج من رموز التوافق (SR VCSEL، LR DFB، ER EML)، وحقول مدى SMF/OM3/OM4 التي صنّف المورّد الوحدة على أساسها. يعرض CodingBox هذه الحقول بحيث يكون لسؤال «لماذا لا تصل هذه الوحدة بطول 1550 nm إلى 80 km» بيانات تدعمه (Check transceiver).

الحد الآخر عند قدرة الحقن العالية — تضمين الطور الذاتي والمتبادل، واختلاط الموجات الرباعي، واستطارة بريلوان ورامان، ولماذا يساعد التشتت فعليًا ضد بعضها: التأثيرات اللاخطية.