Pulsutbredning

Pulsutbredning är fenomenet att en puls ökar i varaktighet när den färdas genom ett medium eller en transmissionskanal. Den uppstår främst på grund av dispersion, diffusion, spridning och absorption. Dispersion innebär att olika frekvenskomponenter färdas med olika hastigheter, vilket gör att pulsen sprids i tid. I elektriska ledningar och telekommunikationskanaler leder dispersion till att kanter och snabba förändringar förmjukas och pulsen når mottagaren som en bredare topp. Inom optik är kromatisk dispersion i fiber och modal dispersion i multimodala fibrer centrala orsaker till pulsutbredning, vilket förlänger korta ultrafast-pulser och försämrar tidsupplösningen.

Diffusion och spridning kan också bidra. Diffusion sker när signalinnehåll sprids i ett diffust medium, till exempel i vätskor eller halvledare där slumpmässiga rörelser eller materialinhomogeniteter sprider pulsen. Spridning av vågor i inhomogena medier eller vid gränssnitt orsakar olika vägar och därmed olika ankomsttider, vilket breder ut pulsen. Absorption minskar amplituden och kan ibland leda till att en puls upplevs längre genom att olika frekvenser dämpas olika mycket.

Effekter och tillämpningar: Pulsutbredning försämrar tidsupplösningen och signal-till-brus-förhållanden i kommunikationssystem och mätinstrument. I optiska nätverk används dispersionkompensation, pulsskydd och pulse shaping för att motverka effekten. I elektroniska system används equalization och kanalmodellering för att återställa pulsen. Inom akustik och seismologi används förståelsen av pulsutbredning för att tolka materialegenskaper och för att skapa bilder av material och geologiska strukturer.

Mätning och modellering: Pulsutbredning kan beskrivas med våg- eller diffusionsbaserade modeller. Viktiga begrepp inkluderar grupphastighet, dispersionsparametrar (till exempel β2 i optiska fibrer) och pulslängd samt bandbredd. Att hantera pulsutbredning är centralt i design av kommunikationssystem, sensorer och diagnostikverktyg.