单模光纤的偏振现象对宽带光纤同轴混合网（HFC）的影响

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1、单模光纤的偏振现象对宽带光纤同轴混合网HFC的影响高育远萧越李懋循美国康宁公司通讯产品部[摘要]宽带光纤同轴混HFC网概述HFC网中光纤的特性偏振模色散PMD及偏振相关损耗PDL偏振现象对系统的影响结论1引言和背景近几年来光纤同轴混合HFC网以宽带多媒体业务在有线电视中获得广泛应用光纤在网络干线中发挥着日益重要的作用预计还将会更深地进入HFC网络与数字传输系统相比模拟传输对载噪比CNR有更严格的要求因此信号失真如二阶合成CSO及三重差拍合成CTB是非常重要的虽然主要的失真来自激光发射器激光线性调频信号调制和接收器热噪声冲击和暗电流光

2、纤的参数也是重要的因素在这些参数中衰减是最重要的光纤参数因为它直接降低了CNR系统距离的增长以及光功率的增加使得光纤的色散和非线性也成为重要的考虑因素所幸的是新型商用光纤在这些方面的改进已能有效地减低它们对信号失真的影响当光纤同轴混合网络的带宽要求继续增加>750MHz或1GHz时光纤的偏振色散PMD也已成为对信号失真的最新影响因素本文着重讨论单模光纤的PMD和系统器件的偏振相关损失PDL对有线电视宽带HFC接入网性能的影响2PMD和PDL简介在单模光纤传输中光波的基模含有两个相互垂直的偏振态理想光纤的几何尺寸是均匀的且没有应力因而

3、光波在这两个相互垂直偏振态以完全相同的速度传播在光纤的另一端没有任何延迟然而在实际的光纤中两个相互垂直的偏振模以不同的速度传播因而到达光纤另一端的时间也不同图1这两个相互垂直的偏振模在单位长度的时间差即是PMD其单位为ps/km图1PMD和信号传播的失真扰动双折射nPMDps/km变化量1%纤芯椭圆度510-815与椭圆度成正比1g-wt/cm侧向力710-8023与应力成正比-8210-cm半径弯曲5100171/R1urn/m扭曲2.310-71~3与扭曲速成正比表1扰动效应单模光纤1550nm1PMD和色度色散对系统性能具有相

4、同的影响即引起信号失真从而降低了载噪比然而PMD比色度色散少几个数量级而且它对系统传输的限制受传输方式环境和安装条件的影响与具有确定性的色度色散不同任意一段光纤的PMD是一个服从Maxwllian分布的随机变量其瞬时PMD值随波长时间温度移动和安装条件的变化而变化此外研究表明长距离光纤的PMD真实情况具有随长度平方根而变化的关系因而PMD的单位是ps/kmPMD主要由双折射现象所引起即两个偏振态折射率的不同因此光波在这两个偏振态中以不同速度传播从而引起接收信号的延迟如图2所示导致双折射现象的因素可能是内在的或外在的表1列出了这些扰动

5、所引起的PMD数值图2引起双折射的内在和外在因素器件PMDpsPDLdB单模光纤<0.02<0.02连接器PC<0.01<0.1APC<0.01<0.2耦合器<0.02<0.1偏振器<0.02>30隔离器<20.3表2PMD和PDL的典型值另一方面引起两个偏振态之间随机能量转换的模耦合有降低脉冲扩展的效应因而在一定程度上减小了PMD然而模耦合的随机性和对安装条件的敏感性使得对其的深入研讨有相当的难度所以目前双折线是光纤PMD的主要考虑偏振相关损失PDL是指在光器件中由输入信号的所有偏振所引起的衰减损失正如PMDPDL也是由光纤的双折

6、线引起的下表给与一些PMD和PDL的典型值3PMD和PDL对光纤同轴混合系统的影响对幅度调制直接检波的光通信系统而言由PMD造成信号的失真可以理解为两个过程第一步是从激光源调频信号FM到调幅信号AM的转换当FM信号通过含有PMD的光纤时线性调频信号被光纤的PMD转换成偏振调制的输出当其进入PDL器件时该信号被转换成AM信号在第二步里FM转换成AM信号并与载波产生相互作用从而产生谐波理论与实验的研究显示对线性调频光源PMD会造成CSO它与调制调频的平方成正比当光隔离器与耦合器存在时系统器件的PDL会导致额外的CSO它与调制频率无关由这

7、些偏振效应造成的CSO可由下述公式得出其中第一项是由光纤色度色散引起的2CSO它是主要影响的因素第二及第三项是由光纤PMD器件PDL及激光线性调频所产生的由PMD引起的CBT至少比平均CSO低20db[4]甚至低于所能测量到的噪声电平因此PMD不会对现在的宽带网络造成任何CTB失真CSO=N2m2{〞22+[22<>4/256]+[T<>2/48]}0dd其中N造成特殊失真尖峰混合乘积的数目是线性调频参数m0是调制指数〞等于2DL/2c其中D是色度色散ps/nmkmd是2f其中f是信道频率是平均PMDT是PDL图3比较了色度色散PM

8、D与PDL在具有4%PDL及10GHz线性调频40公里系统传输中对CSO的影响它显示了当激光线性调频存在时较大的>10psPMD或PDL能由调频引起信号失真图3PMDPDL和CD对COS的影响图4显示了当不含PDL时平均CSO与PMD