導波管分散キャルクラタ

歴史的背景

光ファイバー内では、光モードの伝搬はファイバーのコアとクラッディングの屈折率と、ファイバーそのものの形状に依存するため、導波路分散が発生します。これは、ファイバー物質の分散がほぼゼロになる波長、通常 1300 nm から 1550 nm の単一モードファイバーで顕著になります。

計算式

導波路分散 (\(D_{wg}\)) の公式は次のとおりです。

\[ D{wg} = -\frac{c}{\lambda^2} \cdot \frac{d^2n{\text{eff}}}{d\lambda^2} \]

ここで、

• \(c\) は真空中の光速度 (\(3.00 \times 10^8\) m/s)
• \(\lambda\) は光ファイバー中の光の波長 (メートル)
• \(\frac{d^2n_{\text{eff}}}{d\lambda^2}\) は波長に対する有効屈折率の 2 次導関数

計算例

波長が 1.55 µm (1.55 × 10^-6 メートル) で、有効屈折率の 2 次導関数が -0.01 m² の場合、導波路分散は次のように計算できます。

\[ D_{wg} = -\frac{3.00 \times 10^8}{(1.55 \times 10^{-6})^2} \cdot (-0.01) \approx 1.248 \text{ ps/(nm·km)} \]

重要性と使用シナリオ

導波路分散は、光ファイバー通信システムの設計と解析、特に長距離・高速データ転送において重要です。これはファイバーの総合的な分散に影響を与え、それがデータを送信できる帯域幅と距離を、信号歪みを大幅に生じさせることなく制限する場合があります。

よくある質問

1. 導波路分散に影響を与える要因は?

• 光ファイバーの形状 (コア径と屈折率プロファイルなど) と、送信される光の波長は、導波路分散に大きな影響を与えます。

2. 光ファイバー内の導波路分散はどのように管理されますか?

• 特定のコア形状と屈折率プロファイルを備えたファイバーを設計することで、導波路分散を最小限に抑えるか、パフォーマンスを最適化するために特定の伝送ウィンドウに合わせて調整できます。

3. 導波路分散と物質分散を補償できますか?

• はい、分散補償ファイバーとモジュールを使用することで、導波路分散と物質分散の両方を効果的に管理または補償して、長距離での信号完全性を向上させることができます。

光ファイバー通信システムのパフォーマンスを最適化するには、導波路分散を理解して管理することが不可欠であり、長距離での効率的かつ高品質なデータ転送が確保されます。