Als chromatische Dispersion wird das Phänomen bezeichnet, bei dem sich verschiedene spektrale Komponenten eines Pulses mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Um den Effekt der chromatischen Dispersion zu verstehen, müssen wir die Bedeutung der Ausbreitungskonstante β verstehen. Wir werden unsere Diskussion auf Singlemode-Fasern beschränken, da im Fall von Multimode-Fasern die Auswirkungen der intermodalen Dispersion normalerweise diejenigen der chromatischen Dispersion überschatten. Die Ausbreitungskonstante β in unseren Diskussionen wird also die sein, die mit der Grundmode der Faser verbunden ist.
Chromatische Dispersion entsteht aus zwei Gründen.
- Der erste Grund ist, dass der Brechungsindex von Siliciumdioxid, dem Material, aus dem optische Fasern hergestellt werden, frequenzabhängig ist. Somit bewegen sich unterschiedliche Frequenzkomponenten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Silica. Diese Komponente der chromatischen Dispersion wird als Materialdispersion bezeichnet.
- Obwohl die Materialdispersion für die meisten Fasern die Hauptkomponente der chromatischen Dispersion ist, gibt es eine zweite Komponente, die als Wellenleiterdispersion bezeichnet wird.
Um den physikalischen Ursprung der Wellenleiterdispersion zu verstehen, müssen wir wissen, dass sich die Lichtenergie einer Mode teilweise im Kern und teilweise im Mantel ausbreitet. Auch, dass der effektive Index einer Mode zwischen den Brechungsindizes des Mantels und des Kerns liegt. Der tatsächliche Wert des effektiven Index zwischen diesen beiden Grenzen hängt von dem Anteil der Leistung ab, der in der Hülle und im Kern enthalten ist. Wenn der größte Teil der Leistung im Kern enthalten ist, liegt der effektive Index näher am Kernbrechungsindex; Wenn sich der größte Teil davon in der Umhüllung ausbreitet, liegt der effektive Index näher am Umhüllungsbrechungsindex.
Die Leistungsverteilung einer Mode zwischen Kern und Mantel der Faser ist selbst eine Funktion der Wellenlänge. Genauer gesagt, je länger die Wellenlänge, desto mehr Leistung in der Umhüllung. Somit ändert sich auch in Abwesenheit einer Materialdispersion – so dass die Brechungsindizes von Kern und Mantel wellenlängenunabhängig sind – bei Änderung der Wellenlänge diese Leistungsverteilung, wodurch sich der effektive Index oder die Ausbreitungskonstante β der Mode ändert. Dies ist die physikalische Erklärung für die Wellenleiterdispersion.