Dispersão Cromática

A dispersão cromática é o fenômeno onde a velocidade de uma onda eletromagnética que se propaga através de um meio dependerá da frequência (ou comprimento de onda) da onda.

Consequentemente, a luz de diferentes comprimentos de onda se propagará a velocidades ligeiramente diferentes através de um meio dispersivo. Ou, em outras palavras, tendo um índice de refração que depende do comprimento de onda da onda.

Diz-se que um meio tem dispersão normal se o índice de refração diminui com o aumento do comprimento de onda (ou seja, a luz vermelha se propaga mais rápido que a luz azul).

Se o índice de refração aumenta com o aumento do comprimento de onda, a dispersão é considerada anômala.

A fibra óptica consiste em vidro de sílica. As propriedades da guia de onda são alcançadas dando ao núcleo da fibra um índice de refração ligeiramente diferente do revestimento. Como uma luz modulada não pode ser perfeitamente monocromática, a dispersão da fibra causará o alargamento (no tempo) dos pulsos de luz que se propagam pela fibra (veja a figura abaixo).

Basicamente, a parte “azul” do pulso viajará mais rápido pela fibra do que a parte “vermelha”. Esse fenômeno causa uma sensibilidade reduzida do receptor e, eventualmente, erros de bits no fluxo de dados digital.

Dispersão em diferentes fibras

Algumas coisas que vale a pena notar:

• A dispersão da fibra é próxima de zero em torno de 1310nm.
• A dispersão da fibra é anômala (D>0) para comprimentos de onda superiores a 1310nm.
• A dispersão da fibra é normal (D<0) para comprimentos de onda inferiores a 1310nm.
• O ponto de dispersão zero pode ser alterado mudando as propriedades do núcleo e do revestimento da fibra.

O impacto negativo da dispersão na transmissão óptica em torno de 1550nm se torna mais sério com o aumento da taxa de bits porque a) os pulsos que representam bits de dados são mais curtos e b) a alta taxa de modulação ampliará o espectro do sinal.

A dispersão da fibra define um limite prático para a transmissão NRZ de 10Gbps em cerca de 80km. Para redes amplificadas que abrangem distâncias maiores, a dispersão deve ser compensada (introduzindo Módulos de Compensação de Dispersão – DCMs – na rede).

Ao fazer cálculos de orçamento de potência, é obrigatório levar em conta a penalidade introduzida pela dispersão. Para um link de 10G NRZ de 80km operando a 1550nm, normalmente 2-3dB devem ser subtraídos do orçamento de potência disponível.

Em taxas de dados superiores a 10G, é benéfico usar transmissão a 1310nm para reduzir o impacto da dispersão da fibra. Outras técnicas, como a codificação de Correção de Erro Direto (FEC), também podem ser usadas.