dispersioneigenschappen

Dispersioneigenschappen beschrijven hoe de voortplantingssnelheid van een golf afhangt van de frequentie of golflengte in een medium of structuur. In optica en golvenkunde wordt doorgaans gekeken naar de refractie-index n die afhangt van de golflengte λ (n(λ)) of van de frequentie ω (n(ω)). Een belangrijk onderscheid is tussen de fase-snelheid vp = ω/k en de groepssnelheid vg = dω/dk; de groep-snelheid bepaalt hoe een pulsvorm zich door het medium verplaatst.

Oorzaken van dispersion kunnen materiaaleigenschappen zijn: intrinsieke dispersie die voortkomt uit de polarisatie van het materiaal en resonanties van moleculen of netwerkstructuren. Daarnaast speelt structurele of golfgeleidersdispersie een rol: de geometrie en grensvoorwaarden van een golfgeleider (zoals een optische vezel) bepalen welke modi voortplanten en met welke snelheid, wat leidt tot modale dispersie; in vezels is dit samen met materiaaldispersie de oorzaak van pulsvormverandering.

Dispersion heeft directe gevolgen voor golven en signalen. Pulsen verspreiden zich na verloop van tijd doordat verschillende frequentiecomponenten met verschillende snelheden voortbewegen; dit leidt tot pulsverbreding, chromatische fout en beperkingen voor datasnelheden in glasvezelcommunicatie. Metingen van dispersion omvatten parameters als group-velocity dispersion (GVD, β2) en de dispersion parameter D, die vaak uit refractometrie of interferometrie/multispectrale metingen worden afgeleid.

Toepassingen en beheersing van dispersion omvatten de ontwerp van vezels en fotonische kristallen met aangepaste dispersie, dispersion-management in lange glasvezelnetwerken, en het gebruik van dispersie-compensatie-elementen zoals chirped gratings of speciale materialen met tegengestelde dispersie. Bij moderne materialen en nanostructuren kan dispersie ook worden gemanipuleerd via resonante responsen, metamaterialen en kunstmatige structuren, waardoor gewenste operationele banden en signaalverwerking mogelijk worden gemaakt.