单模光纤偏振模色散pmd

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1、单模光纤偏振模色散PMD测试　　摘要：研究PMD产生的原因、机理和影响，研究光纤PMD测量、控制和补偿方法，研究PMD对光缆和光缆链路的影响，对保障光纤通信系统的性能具有重要意义。本文将着重对单模光纤PMD测试技术和不稳定因素进行论述。　　关键词：PMD、干涉法、色散　　一、引入　　近几年，电信市场发展迅速，住宅用户和商业用户数量都大幅增长，网络业务量也呈指数般上升。据信息产业部最新公布数据表明：截止2004年5月底，中国固定电话用户达到2.904亿户，移动电话用户达到3.006亿户，互联网拨号用户5359.9万户，互联网专线用户6.7万户，宽带接入用户1659.7万户。巨大的用户群带来海量

2、的通信流量，而如此大的流量需求，对现有光网络系统能力提出了严峻挑战，也推动了光网络建设，光纤通信系统向大容量、高速率、长距离方向发展，使得原本对低速系统而言可以忽略不计的非线性效应和偏振模色散（PMD）等光纤性能缺陷成为限制系统容量升级和传输距离的主要因素，人们越来越重视非线性效应和偏振模色散（PMD）的影响。　　二、单模光纤的偏振模色散产生机理　　随着单模光纤在测试中应用技术的不断发展，特别是集成光学、光纤放大器以及超高带宽的非零色散位移单模光纤即ITU-TG655光纤的广泛应用，光纤衰减和色散特性已不是制约长距离传输的主要因素，偏振模色散特性越来越受到人们重视。偏振是与光的振动方向有关的

3、光性能，我们知道光在单模光纤中只有基模HE11传输，由于HE11模由相互垂直的两个极化模HE11x和HE11y简并构成，在传输过程中极化模的轴向传播常数βx和βy往往不等,从而造成光脉冲在输出端展宽现象。如下图所示： 图1：PMD极化模传输图　　因此两极化模经过光纤传输后到达时间就会不一致，这个时间差称为偏振模色散PMD（PolarizationModeDispersion）。PMD的度量单位为匹秒（ps）。　　光纤是各向异性的晶体，光一束光入射到光纤中被分解为两束折射光。这种现象就是光的双折射，如果光纤为理想的情况，是指其横截面无畸变，为完整的真正圆，并且纤芯内无应力存在，光纤本身无弯曲现

4、象，这时双折射的两束光在光纤轴向传输的折射率是不变的，跟各向同性晶体完全一样，这时PMD=0。但实际应用中的光纤并非理想情况，由于各种原因使HE11两个偏振模不能完全简并，产生偏振不稳定状态。　　造成单模光纤中光的偏振态不稳定的原因，有光纤本身的内部因素，也有光纤的外部因素。　　2.1内部因素　　PMD即偏振模色散(PolarizationModeDispersion)，由于光纤在制造过程中存在着芯不圆度，应力分布不均匀，承受侧压，光纤的弯曲和钮转等，这些因素将造成光纤的双折射。光在单模光纤中传输，两个相互正交的线性偏振模式之间会形成传输群速度差，产生偏振模色散。同时，由于光纤中的两个主偏振

5、模之间要发生能量交换，即产生模式偶合。在光纤较长时，由于偏振模随机模偶合对温度、环境条件、光源波长的轻微波动等都很敏感，故模式偶合具有一定随机性，这决定了PMD是个统计量。但PMD的统计测量的分布表明，其均值与光纤的双折射有关，降低光纤的PMD极其对环境的敏感性，关键在于降低光纤的双折射。　　2.2外部因素　　单模光纤受外界因素影响引起光的偏振态不稳定，是用外部双折射表示的。由于外部因素很多，外部双折射的表达式也不能完全统一。外部因素引起光纤双折射特性变化的原因，在于外部因素造成光纤新的各向异性。例如光纤在成缆或施工的过程中可能受到弯曲、扭绞、振动和受压等机械力作用，这些外力的随机性可能使光

6、纤产生随机双折射。另外，光纤有可能在强电场和强磁场以及温度变化的环境下工作。光纤在外部机械力作用下，会产生光弹性效应；在外磁场的作用下，会产生法拉第效应；在外电场的作用下，会产生克尔效应。所有这些效应的总结果，都会使光纤产生新的各向异性，导致外部双折射的产生。　　对于如上两种因素都可能使单模光纤产生双折射现象，但由于外部因素的随机性和不可避免性，所以在实际应用中人们非常重视对内部因素的控制尽量减小光纤双折现象。　　三、PMD对光通讯系统的影响　　当技术上逐步解决了损耗和色度色散的问题后，在通信系统传输速率越来越高，无中继的距离越来越长的情况下，PMD的影响成了必须考虑的主要因素。在数字系统中

7、PMD引起脉冲展宽，对高速系统容易产生误码，限制了光纤波长带宽使用和光信号的传输距离；在CATV等模拟系统则引起信号失真。下表1列出受PMD限制的数字传输系统传输速率与传输距离的关系：　　从表1可以看出，PMD对于低速率的光纤通信系统影响不大。对于2.5Gbit/s传输系统，当PMDC为0.5ps/√km时，可传输6400公里，当PMDC值为1ps/√km时，可传输1600公里；但对于高速（10Gbit/s）