Nei sistemi di trasmissione in fibra ottica operanti ad alto bit-rate e su tratte di migliaia di chilometri senza rigenerazione, la dispersione dei modi di polarizzazione, o PMD acronimo per Polarization Mode Dispersion, si presenta spesso come uno dei fattori più limitanti.
La PMD é dovuta al comportamento birifrangente della fibra ottica, che si presenta solo idealmente come un mezzo a simmetria cilindrica. La fibra reale pertanto non può essere considerata come un mezzo a sezione perfettamente circolare, poiché malgrado venga profusa estrema cura, sia in fase di produzione che di posa, fin dal processo di filatura possono rivelarsi deboli anisotropie dovute al processo produttivo stesso o a perturbazioni quali tensioni meccaniche o indotte da gradienti termici cui la fibra può essere sottoposta.
Il verificarsi di più o meno consistenti deviazioni dall'idealità durante la fase di produzione oppure l'essere oggetto di stress meccanici, in fase di posa o nel corso degli anni, non può essere inquadrato all'interno di un processo deterministico, pertanto l'inevitabile comportamento birifrangente di una fibra ottica si configura come un processo aleatorio.
Il comportamento birifrangente della fibra ottica impone che i due modi a polarizzazione ortogonale, idealmente degeneri, obbediscano a differenti relazioni di dispersione, e pertanto siano caratterizzati da differenti velocità di gruppo.
Pertanto per caratterizzare il comportamento debolmente birifrangente di un determinato tratto di fibra ottica deve essere specificata la differenza tra le velocità di gruppo attraverso il DGD e i PSP, rispettivamente acronimi per Differential Group Delay e per per Principal State of Polarization; ovvero la differenza tra i tempi di arrivo delle due repliche dell'impulso inviato che appaiono all'uscita da una fibra affetta da PMD, e che si propagano sui due stati principali di polarizzazione o PSP.
Nelle fibre birifrangenti, si possono individuare due stati di polarizzazione ortogonali di ingresso che in prima approssimazione non mostrano dipendenza dalla frequenza; essi vengono indicati come stati principali di polarizzazione; impulsi lanciati su questi particolari stati si propagano invariati, se ci si limita ad un'analisi al primo ordine.
Prendendo i PSP come base, un segnale di polarizzazione generica iniettato nella fibra potrà essere espresso come combinazione lineare dei PSP; si può quindi pensare alla forma d'onda d'ingresso come alla sovrapposizione di due impulsi, polarizzati lungo le direzioni degli stati fondamentali. Se il DGD è sufficientemente alto, le due repliche, ricomponendosi all'uscita della fibra, causeranno un allargamento dell'impulso e quindi la distorsione del segnale ed il possibile insorgere di interferenza di intersimbolo.
Tuttavia, sia il DGD che i PSP variano aleatoriamente con la frequenza: è questa l'origine degli ordini superiori di PMD; inoltre, la variazione delle condizioni ambientali, gradienti di temperatura, vibrazioni, o lo svilupparsi di tensioni meccaniche lungo la fibra, determinano una variazione aleatoria, seppur molto lenta, del DGD e dei PSP stessi con il trascorrere del tempo.