التشتت النمطي

التشتت النمطي هو آلية تشويه تحدث في الألياف متعددة الأنماط وغيرها من الموجهات الضوئية ، حيث ينتشر الإشارة مع مرور الوقت لأن سرعة انتشار الإشارة الضوئية لا تكون متساوية لجميع الأنماط . ومن الأسماء الأخرى لهذه الظاهرة: التشوه متعدد الأنماط ، والتشتت متعدد الأنماط ، والتشوه النمطي ، والتشوه بين الأنماط ، والتشتت بين الأنماط ، وتشوه التأخير بين الأنماط . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

في تشبيه علم البصريات الشعاعية ، يمكن مقارنة التشتت النمطي في الألياف البصرية ذات معامل الانكسار المتدرج بانتشار الإشارة الراديوية عبر مسارات متعددة . تدخل أشعة الضوء إلى الألياف بزوايا مختلفة بالنسبة لمحورها ، وصولًا إلى زاوية استقبال الألياف . تسلك الأشعة التي تدخل بزاوية أقل حدة مسارًا أكثر مباشرة، وتصل أسرع من الأشعة التي تدخل بزاوية أكثر حدة (والتي تنعكس مرات عديدة عن حدود اللب أثناء انتقالها عبر طول الألياف). يؤدي وصول مكونات الإشارة المختلفة في أوقات مختلفة إلى تشويه شكلها. ^{[ 3 ]}

يُحدّ التشتت النمطي من عرض نطاق الألياف متعددة الأنماط. فعلى سبيل المثال، يقتصر عرض نطاق الألياف النموذجية ذات معامل الانكسار المتدرج وقطر اللب 50 ميكرومترًا على 20 ميجاهرتز تقريبًا لطول كيلومتر واحد، أي ما يعادل 20 ميجاهرتز·كيلومتر. ويمكن تقليل التشتت النمطي بشكل ملحوظ، ولكن لا يمكن إزالته تمامًا، باستخدام لب ذي معامل انكسار متدرج . ومع ذلك، تُصنّع حاليًا ألياف متعددة الأنماط ذات معامل انكسار متدرج، بعرض نطاق يتجاوز 3.5 جيجاهرتز·كيلومتر عند 850 نانومتر، بشكل شائع للاستخدام في وصلات بيانات بسرعة 10 جيجابت/ثانية.      

يجب عدم الخلط بين التشتت النمطي والتشتت اللوني ، وهو تشوه ينتج عن اختلاف سرعة انتشار أطوال موجات الضوء المختلفة. ويحدث التشتت النمطي حتى مع مصدر ضوء مثالي أحادي اللون.

يُعد تشتت نمط الاستقطاب (PMD) حالة خاصة من حالات التشتت النمطي ، وهي ظاهرة تشتت في الألياف ترتبط عادةً بالألياف أحادية النمط. وينتج تشتت نمط الاستقطاب عندما ينتقل نمطان ينتقلان عادةً بنفس السرعة بسبب التناظر الهندسي والإجهادي لنواة الليف (على سبيل المثال، استقطابان متعامدان في دليل موجي ذي مقطع عرضي دائري أو مربع)، بسرعات مختلفة نتيجةً لعيوب عشوائية تُخلّ بهذا التناظر.

في الألياف الضوئية متعددة الأنماط التي تنتشر فيها أطوال موجية متعددة، قد يصعب أحيانًا تحديد الطول الموجي المشتت من بين جميع الأطوال الموجية الموجودة، ما لم تكن هناك مشكلة في تدهور الخدمة. يمكن مقارنة القدرة الضوئية الحالية لكل طول موجي بالقيم المصممة والبحث عن أي اختلافات. بعد ذلك، يتم اختبار الألياف الضوئية من طرفها إلى طرفها. إذا لم يُعثر على أي فقد، فمن المرجح وجود تشتت عند ذلك الطول الموجي المحدد. عادةً ما يبدأ المهندسون باختبار الألياف قسمًا تلو الآخر حتى يصلوا إلى الجزء المتأثر؛ حيث يتم اختبار جميع الأطوال الموجية، ويُنتج الطول الموجي المتأثر فقدًا في الطرف البعيد من الألياف. يمكن بسهولة حساب مقدار الجزء المتأثر من الألياف واستبداله بآخر جديد. لا يلزم استبدال الألياف الضوئية إلا عند وجود تشتت شديد يؤثر على الخدمة؛ وإلا، يمكن استخدام طرق مختلفة للتعويض عن التشتت.

• عرض توضيحي تفاعلي عبر الإنترنت لتشتت الأنماط، معهد الاتصالات، جامعة شتوتغارت