單模光纖偏振模色散pmd

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1、單模光纖偏振模色散PMD測試　　摘要：研究PMD產(chǎn)生的原因、機(jī)理和影響，研究光纖PMD測量、控制和補(bǔ)償方法，研究PMD對光纜和光纜鏈路的影響，對保障光纖通信系統(tǒng)的性能具有重要意義。本文將著重對單模光纖PMD測試技術(shù)和不穩(wěn)定因素進(jìn)行論述?！　￡P(guān)鍵詞：PMD、干涉法、色散　　一、引入　　近幾年，電信市場發(fā)展迅速，住宅用戶和商業(yè)用戶數(shù)量都大幅增長，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量也呈指數(shù)般上升。據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部最新公布數(shù)據(jù)表明：截止2004年5月底，中國固定電話用戶達(dá)到2.904億戶，移動(dòng)電話用戶達(dá)到3.006億戶，互聯(lián)網(wǎng)撥號用戶5359.9

2、萬戶，互聯(lián)網(wǎng)專線用戶6.7萬戶，寬帶接入用戶1659.7萬戶。巨大的用戶群帶來海量的通信流量，而如此大的流量需求，對現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也推動(dòng)了光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，光纖通信系統(tǒng)向大容量、高速率、長距離方向發(fā)展，使得原本對低速系統(tǒng)而言可以忽略不計(jì)的非線性效應(yīng)和偏振模色散（PMD）等光纖性能缺陷成為限制系統(tǒng)容量升級和傳輸距離的主要因素，人們越來越重視非線性效應(yīng)和偏振模色散（PMD）的影響。　　二、單模光纖的偏振模色散產(chǎn)生機(jī)理　　隨著單模光纖在測試中應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是集成光學(xué)、光纖放大器以及超高帶寬的非

3、零色散位移單模光纖即ITU-TG655光纖的廣泛應(yīng)用，光纖衰減和色散特性已不是制約長距離傳輸?shù)闹饕蛩?，偏振模色散特性越來越受到人們重視。偏振是與光的振動(dòng)方向有關(guān)的光性能，我們知道光在單模光纖中只有基模HE11傳輸，由于HE11模由相互垂直的兩個(gè)極化模HE11x和HE11y簡并構(gòu)成，在傳輸過程中極化模的軸向傳播常數(shù)βx和βy往往不等,從而造成光脈沖在輸出端展寬現(xiàn)象。如下圖所示：?圖1：PMD極化模傳輸圖　　因此兩極化模經(jīng)過光纖傳輸后到達(dá)時(shí)間就會不一致，這個(gè)時(shí)間差稱為偏振模色散PMD（PolarizationMo

4、deDispersion）。PMD的度量單位為匹秒（ps）?！　」饫w是各向異性的晶體，光一束光入射到光纖中被分解為兩束折射光。這種現(xiàn)象就是光的雙折射，如果光纖為理想的情況，是指其橫截面無畸變，為完整的真正圓，并且纖芯內(nèi)無應(yīng)力存在，光纖本身無彎曲現(xiàn)象，這時(shí)雙折射的兩束光在光纖軸向傳輸?shù)恼凵渎适遣蛔兊模飨蛲跃w完全一樣，這時(shí)PMD=0。但實(shí)際應(yīng)用中的光纖并非理想情況，由于各種原因使HE11兩個(gè)偏振模不能完全簡并，產(chǎn)生偏振不穩(wěn)定狀態(tài)?！　≡斐蓡文９饫w中光的偏振態(tài)不穩(wěn)定的原因，有光纖本身的內(nèi)部因素，也有光纖的外部

5、因素?！　?.1內(nèi)部因素　　PMD即偏振模色散(PolarizationModeDispersion)，由于光纖在制造過程中存在著芯不圓度，應(yīng)力分布不均勻，承受側(cè)壓，光纖的彎曲和鈕轉(zhuǎn)等，這些因素將造成光纖的雙折射。光在單模光纖中傳輸，兩個(gè)相互正交的線性偏振模式之間會形成傳輸群速度差，產(chǎn)生偏振模色散。同時(shí)，由于光纖中的兩個(gè)主偏振模之間要發(fā)生能量交換，即產(chǎn)生模式偶合。在光纖較長時(shí)，由于偏振模隨機(jī)模偶合對溫度、環(huán)境條件、光源波長的輕微波動(dòng)等都很敏感，故模式偶合具有一定隨機(jī)性，這決定了PMD是個(gè)統(tǒng)計(jì)量。但PMD的統(tǒng)計(jì)測

6、量的分布表明，其均值與光纖的雙折射有關(guān)，降低光纖的PMD極其對環(huán)境的敏感性，關(guān)鍵在于降低光纖的雙折射?！　?.2外部因素　　單模光纖受外界因素影響引起光的偏振態(tài)不穩(wěn)定，是用外部雙折射表示的。由于外部因素很多，外部雙折射的表達(dá)式也不能完全統(tǒng)一。外部因素引起光纖雙折射特性變化的原因，在于外部因素造成光纖新的各向異性。例如光纖在成纜或施工的過程中可能受到彎曲、扭絞、振動(dòng)和受壓等機(jī)械力作用，這些外力的隨機(jī)性可能使光纖產(chǎn)生隨機(jī)雙折射。另外，光纖有可能在強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場以及溫度變化的環(huán)境下工作。光纖在外部機(jī)械力作用下，會產(chǎn)生

7、光彈性效應(yīng)；在外磁場的作用下，會產(chǎn)生法拉第效應(yīng)；在外電場的作用下，會產(chǎn)生克爾效應(yīng)。所有這些效應(yīng)的總結(jié)果，都會使光纖產(chǎn)生新的各向異性，導(dǎo)致外部雙折射的產(chǎn)生?！　τ谌缟蟽煞N因素都可能使單模光纖產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，但由于外部因素的隨機(jī)性和不可避免性，所以在實(shí)際應(yīng)用中人們非常重視對內(nèi)部因素的控制盡量減小光纖雙折現(xiàn)象?！　∪MD對光通訊系統(tǒng)的影響　　當(dāng)技術(shù)上逐步解決了損耗和色度色散的問題后，在通信系統(tǒng)傳輸速率越來越高，無中繼的距離越來越長的情況下，PMD的影響成了必須考慮的主要因素。在數(shù)字系統(tǒng)中PMD引起脈沖展寬，對高

8、速系統(tǒng)容易產(chǎn)生誤碼，限制了光纖波長帶寬使用和光信號的傳輸距離；在CATV等模擬系統(tǒng)則引起信號失真。下表1列出受PMD限制的數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳輸速率與傳輸距離的關(guān)系：　　從表1可以看出，PMD對于低速率的光纖通信系統(tǒng)影響不大。對于2.5Gbit/s傳輸系統(tǒng)，當(dāng)PMDC為0.5ps/√km時(shí)，可傳輸6400公里，當(dāng)PMDC值為1ps/√km時(shí)，可傳輸1600公里；但對于高速（10Gbit/s）