光ファイバーにおける波長分散

色分散は、光ファイバー通信 において重要な要素となる現象です 。これは、光線内の異なる色、つまり波長が、わずかに異なる時間で目的地に到達することによって引き起こされます。その結果、デジタル情報を伝送するオンオフ光パルスが拡散、つまり分散します。光ファイバーが最大限の伝送容量を発揮するには、この分散を補償するために特別な注意を払う必要があります。

色分散は、太陽光が空気中の水滴によって分散される現象であり、虹の現象そのものが色分散であることから、広く知られています。サー・アイザック・ニュートンは、太陽光をプリズムに通した際に、異なる色のスペクトルに分散する様子を観察しました。この分散は、異なる色、つまり光の周波数が、ガラスなどの媒質を通過する際にわずかに異なる挙動を示すために発生します。光ファイバーベースのシステムでは、異なる屈折率材料でコーティングされたコアとクラッドで構成される光ファイバーによって、一部の波長の光が他の波長よりも遅く、または速く伝わるという現象が必然的に生じます。

長距離光ファイバーにおいては、波長分散が深刻な問題となります。波長分散は、当初明確に定義された2値情報パルスを本質的に引き伸ばしたり平坦化したりします。この劣化により、光ファイバーの太い端では信号（1と0）を互いに区別することがより困難になります。その結果、任意の長さにおいて、 光ファイバーケーブルの実効情報容量、つまり帯域幅 が大幅に減少する可能性があります。複数の波長が密集した変調光ビームが、このほぼ透明な導波路を伝わる際に、波長分散が加わります。

つまり、色分散は重要な考慮事項となり、  通信、ケーブルテレビ、またはその他の高速光ネットワークで使用する光ファイバー機器を開発または導入する際には考慮に入れる必要があります。

幸いなことに、波長分散の悪影響を補償する技術が開発されました。一つの方法は、光ファイバーに信号を送る前に、予想される分散を事前に補償することです。もう一つの方法は、信号が光ファイバーを通過する際に生じる分散を補正または反転するために、伝送路の末端に分散補償光ファイバーを使用することです。結果として、これらの技術は波長分散の問題の解決に広く利用されています。

出典：M2オプティクス