单模光纤的偏振色散
单模光纤偏振模色散PMD
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-T G655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 （Polarization Mode Dispersion）。
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。
单模光纤中的偏振(极化)及保偏光纤和单偏振光纤
主偏振态的引入具有重要意义。首先，输出主偏振态没有色 散的结果表明，不管光纤长度和结构如何，有限带宽的信号 只要在输入处对准两个主态之一，在传输过程中，在一阶近 似条件下将保持其为主偏振态。其次，输入和输出主态都正 交的结果表明可以用它们作为描述任意结构和长度的单模光 纤中偏振色散的基矢。这一点很像保偏光纤中或短光纤中本 征偏振态。但两者有一基本的区别，即，主偏振态只是考虑 输入和输出偏振态，不考虑传输过程中偏振态的变化，也即 主偏振态不需要与光纤的本地双折射关联起来，也不考虑两 个偏振态之间的耦合过程，它们只依赖于整个光纤的双折射 的集合效应，而本征偏振态在传输过程中与光纤本地双折射 有关。在没有偏振模耦合时，主偏振态变成光纤的本征偏振 态，上述两种描述变成一样。
p l PMDlh 400 0.5 10 ( ps) 如果信号比特率仍为 10Gb/s，脉冲周期为 100ps，此时的 p 只有 10ps，只占
脉冲周期的十分之一，因而相邻脉冲重叠不严重，系统能够正常工作
1.3 偏振稳定性及其对系统性能的影响
假定输入信号为单一频率的线偏振波，光纤为具有（沿 z 轴） 均匀双折射的单模光纤。此类光纤有两个相互垂直的本征偏振轴
x y ，因而两偏振模的传输速度不一样。其结果引
起两个影响光纤传输特性的重要效应：偏振模色散 （PMD）和偏振不稳定。
1.2 PMD*
若光脉冲包含两偏振模，则会引起两偏振模的脉冲分散，即偏振模 色散，英文缩写为 PMD。由于 PMD 引起的脉冲传输时延差为
p gy gx
d y dx ( 1 1 ) d d vgy vgx
在普通单模光纤中，偏振模耦合总是存在的。若输入 信号不是正好对准主偏振态，则不能用式(3.26)式计算时延 差，而且时延差是频率的函数。这时群时延差服从马克斯 韦分布。在光纤长度 l h 时，群时延只与光纤长度的平方 根成正比，即
偏振模色散原理和测试方法分析
偏振模色散的原理和测试方法分析摘要：偏振模色散将引起高速光脉冲畸变，制约传输距离，是40Gb/s高速光纤通信的主要技术难点之一。
本文研究了偏振模色散的产生原理、对传输光脉冲的影响等问题；分析了偏振模色散的三种主要测试方法的测量配置和各自优缺点；讨论了每种方法的最佳应用场合。
一、 引言光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。
在光纤的损耗已大为降低的今天，色散对高速光纤通信的影响就显得更为突出。
40Gb/s系统和10Gb/s系统相比，在光纤传输上的色散效应对系统性能的影响有新的差异。
特别是偏振模色散（Polarization Mode Dispersion,简称PMD）的影响难以克服。
所以，在40Gb/s系统技术中，必须考虑和研究光纤的色散，PMD和非线性的影响等。
同时，由于偏振模色散的测试是比较复杂的问题，如何根据其特点，比较迅速和准确地测出偏振模色散值，从而进行色散补偿，将是本文讨论的重点。
本文作者主要从事高速光传输收发模块的研究开发，于2002年11月参加了在上海举行的Tektronix 2002亚太区大型巡回讲座和研讨会，针对偏振模色散的最新测试技术这一问题，作者与Tektronix公司的偏振模色散测试技术人员、工程师作了沟通和交流，并在本文中作了比较详细的分析和探讨。
二、 色散的原理和分类色散是光纤的一个重要参数。
降低光纤的色散，对增加通信容量，延长通信距离，发展高速40Gb/s光纤通信和其它新型光纤通信技术都是至关重要的。
光纤的色散主要由两方面引起：一是光源发出的并不是单色光；二是调制信号有一定的带宽。
实际光源发出的光不是单色的，而是有一定的波长范围。
这个范围就是光源的线宽。
在对光源进行调制时，可以认为信号是按照同样的方式对光源谱线中的每一分量进行调制的。
一般调制带宽比光源窄得多，因而可以认为光源的线宽就是已调信号带宽，但对高速和线宽极窄的光源，情况不一样。
概念解释07、偏振模色散(PMD)
2偏振模色散的影响与其它色散一样,偏振模色散也要使脉冲展宽,从而提高数字通信系统的误码率,限制系统的传输带宽。
长距离数字通信系统通常工作于1550nm附近的第三窗口,因为在此窗口光纤衰减最小。
对标准单模光纤来说,在这一窗口,由于色散较大,偏振模色散的影响可以忽略不计。
但是,如果应用了高质量的DFB激光器或色散补偿技术,则要考虑偏振模色散的影响。
DFB激光器的线性带宽很窄,相应地降低色散的影响。
在通信系统中接入一色散补偿器(DCM)可以得到实际的色散补偿。
通过专门设计色散补偿光纤的折射率分布可以使光纤在第3窗口具有较大的负色散系数,这一负色散系数可以补偿标准单模光纤的色散。
总之,在长距离、高比特率数字通信系统中,如果应用了色散补偿技术降低了色散值,则偏振模色散的影响相应突出了。
此外,由于偏振模色散的统计特性,迄今为止,还没有任何方法可以补偿它。
如果激光器的线性带宽不是很窄,色散的影响将较大,偏振模色散的影响可以忽略不计。
但是,如果降低激光器的线性带宽,则偏振模色散的影响就增大了。
在图8中,取偏振模色散值为0.5ps/km,因为这一值可能被接受为国际标准规范值(至少对陆地网络是如此)。
按照某些国际标准技术规范小组的观点,当时延差达到1比特周期的0.3倍时,将引起1dB的功率损失。
偏振模色散的瞬时值有可能达到平均值的3倍,这样,为了保证功率损失在1dB以下,偏振模色散的平均值必须要小于1比特周期的十分之一。
偏振模色散与通信系统比特率及传输距离的关系,当偏振模色散值为0.5ps/km时,在1dB的功率损失时,比特率为10Gb/s 系统的传输距离可达400km。
与对长距离、高比特率数字通信系统的影响不同,偏振模色散对短距离模拟通信系统的影响要复杂得多。
这种影响是多种因素的综合,在这里,我们仅仅作一简单介绍,更详细的讨论可见参考文献。
模拟通信系统性能的下降可能是由于偏振模色散、激光器啁啾(chirp)和元器件的与偏振相关的衰耗（PDL）之间的相互作用。
最新偏振模色散测试仪是用来测试偏振模色散的
单模光纤偏振模色散 PMD 测试技术4.1、托克斯参数测定法斯托克斯参数测定法是测量单模光纤 PMD 值的基准试验方法，它的测试原理是在一波 长范围内以一定的波长间隔测量出输出偏振态随波长的变化， 通过琼斯矩阵本征分析和计算,得到PMD 的系数值。
斯托克斯参数测定法多用于实验室测试，其测量试验设备及装置如图 2所示。
学网 V.W .xUbSxur-i4.2、偏振态法偏振态法是测量单模光纤 PMD 的第1替代试验方法，其测量原理是： 对于固定的输入偏振态，当注入光波长（频率）变化时，在斯托克斯参数空间里邦加球上被测光纤输出偏振 态（SOP ）也会发生演变，它们环绕与主偏振态（PSP ）方向重合的轴旋转，旋转速度取决于PMD 时延：时延越大，旋转越快。
通过测量相应角频率变化" 3和邦加球上代表偏振态（SOP ）点的旋转角度" 0,就可以计算出 PMD 时延3舌"9 0 3。
偏振态法直接给出了被测试样 PSP 间差分群时延（DGD ）与波长或时间的函数关系， 通过在时间或波长范围内取平均值得到PMD 。
可调光阳I 00存谄序斂嵌护卜涉［.倚竺LICD 丨学网wAM/图s as扳状态法分析测重P・D试验设备简图清冈httpy/ifvwwvipc n co m4.3、干涉法由于干涉法测量速度快，目前市面上很多仪器生产厂家都以干涉法为测试原理生产测试设备，它们共同点就是设备体积小，动态范围宽，重复性较好，很适合在现场使用。
由于干涉法与偏振模耦合无关，适用于单盘短光纤和长光纤。
干涉法就是介绍一种测量单模光纤和光缆的平均偏振模色散的方法。
其测试原理为：当光纤一端用宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的自相关函数或互相关函数，从而确定PMD。
在自相关型干涉仪表中，干涉图具有一个相应于光源自相关的中心相干峰。
测量值代表了在测量波长范围内的平均值。
在1310nm或1550nm窗口不同仪器都有一定的波长范围。
单模光纤的色散
光纤色散在光纤中传输的光信号（脉冲）的不同频率成份或不同的模式分量以不同的速度传播，到达一定距离后必然产生信号失真（脉冲展宽），这种现象称为光纤的色散或弥散。
光纤中传输的光信号具有一定的频谱宽度，也就是说光信号具有许多不同的频率成分。
同时，在多模光纤中，光信号还可能由若干个模式叠加而成，也就是说上述每一个频率成份还可能由若干个模式分量来构成。
光纤的色散主要有材料色散、波导色散、偏振模色散和模间色散四种。
其中，模间色散是多模光纤所特有的。
这四种色散作用还相互影响，由于材料折射率n是波长λ（或频率w）的非线性函数，d2n/d2λ≠0，于是不同频率的光波传输的群速度不同，所导致的色散成为材料色散。
由于导引模的传播常数β是波长λ(或频率w)的非线性函数，使得该导引模的群速度随着光波长的变化而变化，所产生的色散成为波导色散（或结构色散）。
偏振模色散指光纤中偏振色散，简称PMD(polarization modedispersion)，它是由于实际的光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模，沿光纤传播过程中，由于光纤难免受到外部的作用，如温度和压力等因素变化或扰动，使得两模式发生耦合，并且它们的传播速度也不尽相同，从而导致光脉冲展宽，引起信号失真。
不同的导引模的群速度不同引起的色散成为模间色散，模间色散只存在与多模光纤中。
色散限制了光纤的带宽—距离乘积值。
色散越大，光纤中的带宽—距离乘积越小，在传输距离一定（距离由光纤衰减确定）时，带宽就越小，带宽的大小决定传输信息容量的大小。
光纤色散可以使脉冲展宽，而导致误码。
这是在通信网中必须避免的一个问题，也是长距离传输系统中需要解决的一个课题。
一般来说，光纤色散包括材料色散和波导结构色散两部分，材料色散取决于制造光纤的二氧化硅母料和掺杂剂的分散性，而波导色散通常是一种模式的有效折射率随波长而改变的倾向。
材料色散与波导色散都与波长有关，所以又统称为波长色散。
材料色散：是由光纤材料自身特性造成的。
单模光纤的偏振模色散的测量
（3）差分群时延：差分群时延是两个主偏 振态之间群时延的时间差，单位为ps （4）偏振模色散时延：下面三种定义 PMD时延在所能达到的测量重复性之内是 等价的 ① 二阶矩偏振模色散时延Ps
I t t 2dt I t t dt 1 2 2 2 Ps 2 t t 2 I t dt I t dt
单模光纤的偏振模色散的测量
主讲：鲍佳 蒋闯
1．偏振模色散及其相关的定义色散
（1）偏振模色散（PMD）：是指单模光纤中的 两个正交偏振模之间的差分群时延，它在数字 光纤通信系统中使脉冲展宽产生误码 （ 2 ）主偏振态：对于在一在给定时间和光频 上应用的单模光纤，总存在着两个称之为主偏 振态的正交偏振态
2
2
1
② 平均偏振模色散差分群时延Pm
v2
pm v1 Fra bibliotek v dv
v2 v1
③ 均方根偏振模色散差分群时延Pr
2 v dv v 1 Pr v2 v1
v2
1 2
（5）偏振模色散系数 偏振模色散系数用PMDC表示 对于弱模式耦合（也就是短光纤情况）， PMD系数定义为
arg( 1 / 2 ) 将计算得到的每一个差分群时延值作为相应波长间隔 中心波长上的差分群时延值，然后对这些值在整个波
长范围内取平均得到单次测量的差分群时延
4．邦加球（Poincare Sphere）法
两个偏振模测量的邦加球表示法的实例
PMDc ps / km Ps , L Pm P , or r L L
对于强模式耦合（长度大于2km光纤情 况），PMD系数定义为
如何减少单模光纤的偏振模色散PMD对DWDM系统的影响
１２ 单模 光 纤 的偏振 模 色散产 生 的原 因 ．
光纤是各 向异性 的晶体 ，一束光入射 到光 纤中被分解 为 两 束 折 射 光 。 种 现 象 就 是 光 的双 折 射 。 纤 为 理 想 的情 况 ， 这 光
４ Ｇ Ｏ
＜ｌ Ｋｍ
偏振是与 光的振动方 向有关的光性能，光在单模光纤中 只有基模 Ｈ １ Ｅ１ 传输 ， 由于 ＨＥ １ 由相互 垂直 的两个极化模 １模 Ｈ ｌ Ｅ１ｘ和 ＨＥ ｌ １ｙ简并 构成 ， 在传输过程 中极化 模的轴 向传播 常数ｐ ｘ和ｐ ｙ往往不等， 从而造成光脉冲在 输出端展宽现象 。 如 下 图所 示 ：
摘要： 随着光纤通信 系统的不 断发展 ， 单模光 纤的偏振模 色散 （ ＭＤ） Ｄ Ｐ 对 ＷＤＭ 的影响越 来越 引起人们 的重视 ， 本文 简
要 分析 了 Ｐ ＭＤ 产生的原 因和对 Ｄ Ｍ 系统的影响 ，并 结合 日常工作 经验 ，着重阐述 了如何 减少单模 光纤 Ｐ ＷＤ ＭＤ 对
ＤＷ Ｄ 的 影 响 。 Ｍ
表 １Ｐ ＭＤｃ与传 输 速 率和 传 输 距 离 的关 系
ＰＭＤｅ （ ｓ ｐ／
３０ ．
１ 单模光 纤 的偏 振模 色散 产 生原 因
１１ 单模 光纤 的偏 振模 色散 的定 义 ． ’
） ２．（ ｔｓ ５ ｉ ／
１８ ７ Ｋｍ
１ Ｇｂｔｓ Ｏ ｉ，
１ Ｋｍ １
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、
从 表 １ 以看 出 ， ＭＤ 对 于 低 速 率 的 光 纤 通 信 系 统 影 响 可 Ｐ 不 大 。 对 于 ２５ ｉｓ 输 系 统 ， Ｐ ． ｔ 传 Ｇｂ ／ 当 ＭＤｃ为 ０２ ｓ时 ， 传 输 ． ｉ 可 ｐ
光纤 偏振模色散
光纤偏振模色散光纤偏振模色散光纤偏振模色散是光纤通信中一个重要的现象，它对光信号的传输和解调产生了一定的影响。
本文将介绍光纤偏振模色散的原理、影响因素以及相关的解决方法。
一、光纤偏振模色散的原理光纤偏振模色散是由于光在光纤中的传播速度与偏振态有关而引起的。
光纤中的偏振模色散主要是由于光纤的几何结构不完美以及材料的非线性特性所导致的。
当光信号在光纤中传输时，不同偏振态的光信号会以不同的速度传播，从而导致光信号的扩散和失真。
二、影响因素1. 光纤的几何结构：光纤的直径、圆度以及纤芯和包层的折射率差异都会对光纤偏振模色散产生影响。
几何结构不完美会导致光信号在传输过程中发生散射，从而引起偏振模色散。
2. 光纤材料的非线性特性：光纤材料的非线性特性会导致光信号在传输过程中发生相位变化，从而引起偏振模色散。
非线性特性主要包括光纤的色散特性、非线性折射率以及非线性吸收等。
三、解决方法为了减小光纤偏振模色散对光信号传输的影响，可以采取以下方法：1. 优化光纤的几何结构：通过改进光纤的制造工艺，提高光纤的圆度和直径精度，减小纤芯和包层的折射率差异，可以有效降低光纤偏振模色散的程度。
2. 使用光纤色散补偿器：光纤色散补偿器可以根据光信号的频率特性来调整光信号的相位，从而抵消光纤偏振模色散引起的相位变化，达到补偿的效果。
3. 采用光纤光栅：光纤光栅可以通过调制光纤的折射率分布来改变光信号的传播速度，从而减小光纤偏振模色散的影响。
四、总结光纤偏振模色散是光纤通信中不可忽视的一个问题，它会对光信号的传输质量产生一定的影响。
为了减小光纤偏振模色散的影响，可以通过优化光纤的几何结构、使用光纤色散补偿器以及采用光纤光栅等方法来进行补偿和调节。
只有充分理解和掌握光纤偏振模色散的原理和解决方法，才能更好地应对光纤通信中的挑战，提高光信号的传输质量和可靠性。
什么是偏振模色散
1.什么是偏振模色散？
答：一个信号脉冲沿着理想的对称圆形单模光纤在不受外界干扰情况下传输时,光纤输入端的光脉冲可分裂成两个垂直的偏振输出脉冲,以相同的的传播速度进行传输,并同时到达光纤输出端,这两个脉冲叠加在一起会重现出它们在光纤输入端时的偏振状态,实际上光纤由于上文所述的种种原因,会引起双折射,即x轴方向和y轴方向上的折射率是不一样的,这将引起偏振模色散。
2.单模光纤和多模光纤特点？
3.光纤的模式与波长（多模=多个波长？模式是否就是具体波长）？
4.截止波长
截止波长，指的是单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波长超过该波长时，光纤只能传播一种模式(基模)的光，而在该波长之下，光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光。
5.光纤通信术语光源的谱宽
稳定光源的谱宽是指稳定光源输出光谱从其最大点下降3dB所对应的宽度。
YDT - 单模光纤偏振模色散的试验方法 第部分：链路偏振模色散系数PMDQ的统计计算方法(一)
YDT - 单模光纤偏振模色散的试验方法第部分：链路偏振模色散系数PMDQ的统计计算方法(一)在现代光通信系统中，单模光纤中的偏振模色散是一个重要的限制因素，它会导致信号失真和误差。
因此，了解如何测量和计算偏振模色散是非常重要的。
在本文中，我们将介绍一种常用的统计计算方法，来计算偏振模色散系数PMDQ。
第一步是测量链路的偏振模色散 (PMD)。
我们需要使用一个带有光源和衰减器的测试装置来进行测量。
光源应该是连续的，有成对的偏振器可以通过调整偏振器的极化方向来产生单模光纤中的各种偏振模。
测试装置也应该有一个稳定的波长，并且能够在不同波长下进行测量。
第二步是测量PMDQ。
PMDQ是偏振模色散系数的一种参数，它是用来衡量单模光纤中不同偏振模之间的相互作用。
我们可以使用一种称为S自旋解调器的装置来测量PMDQ。
第三步是统计计算偏振模色散系数PMDQ。
我们可以将PMDQ的测量数据插入到一个称为PMD椭球的公式中，来计算PMDQ。
PMD椭球是一种三维形状，其长轴和短轴分别代表距离和时间。
通过测量时序信号相对类型的不匹配，就能构建PMD椭球。
椭球的长轴和短轴的比值，即偏振模色散系数PMDQ。
在实际的通信系统中，偏振模色散系数PMDQ的测量和评估非常重要。
它可以为我们提供有关信号失真和误差的关键信息。
通过了解这些信息，我们可以优化通信系统，提高其性能和可靠性。
总之，以上就是一种常用的单模光纤偏振模色散的试验方法，以及计算偏振模色散系数PMDQ的统计计算方法。
通过这种方法，我们可以有效地评估通信系统的性能，进而为其进行优化，提高其可靠性和数据传输速率。
单模光纤及链路偏振模色散的实测分析
Ｋｅ ｏ ｄ ｙ ｗ ｒ ｓ： ｓｎ ｌ ｄ ｐ ｉａ ｉｅ ； ｏ ｔｃ ｌ ｃ ａｎ； Ｐ Ｄ ； ｔｓ ｉｇ ｅ ｍｏ ｅ ｏ ｔｃ ｌ ｆ ｒ ｐ ｉａ ｈ ｉ ｂ Ｍ ｅｔ
光 就 其 本 质 而 言 是 一 种 电磁 波 ， 是 光 在 光 纤 中的 一 种 电磁 场分 布 形 式 ． 模 光 纤 是 指 只有 一 个 光 模 单 传 输 模 的光 纤 ． 模 光 纤 具 有 小 的衰 减 ， 单 由于 只 存 在 基 模 传 输 ， 有 多模 传 输 时那 样 的模 问色 散 ， 没 以及 具 有零色散波 长 ， 因此 具 有 极 大 的 带 宽 ， 非常 适 用 于 高 传 输 速 率 和 大 中继 距 离 的 长途 线路 ． 但 是 ， 单 模 光 纤 中 ， 输 的基 模 实 际上 是 由两 个 互 相 正 交 的 线 偏 振 模 组 成 ． 理 想 圆对 称 光 纤 ， 在 传 对 两 偏 振模 以 同样 的速 度 传 输 ． 而 ， 果 光 纤 的几 何 尺 寸 不 规 则 或 光 纤 中 的 残 余 应 力 等 ， 会 导 致 光 纤 的 然 如 都 双 折 射 ， 传 输 的光 波 分 裂 为 两 个 不 同速 度 传 输 的 偏 振 模 ， 生 传 输群 时 延 差 ， 致 模 式 间 的差 分 群 时 使 产 导 延 （ｉ ｅｅ ｔ ｌ ｒｕ ｅａ ，ＤＧＤ）从 而 形 成 偏 振 模 色 散 （ｏａｉａｉｎｍｏ ｅｄｓｅｓｏ ｄｆ ｒｎｉ ｏ ｐｄｌｙ ｆ ａｇ ， ｐ ｌｒ ｔ ｄ ｉｐ ｒｉｎ，Ｐ ｚ ｏ ＭＤ）它 能 引 ， 起 数 字 通 信 系 统 的脉 冲 展 宽 码 间干 扰 或 模 拟 通 信 系 统 的信 号 失真 ． Ｐ ＭＤ在 光 纤 的 生 产 、 缆 、 设 、 境 条 件 改 变 等 过 程 中都 不 可避 免 地 产 生 ， 成 敷 环 随着 信 息 高 速 公 路 和 多 媒 体 通 信 技 术 的 迅 猛 发 展 ，ＭＤ已成 为 光 纤 光 缆 高 速 率 长 距 离 应 用 的 限 制 因 素 ． 估 测 ， 光 纤 链 路 Ｐ 据 若
光纤偏振模色散原理,测量与自适应补偿技术
光纤偏振模色散原理,测量与自适应补偿技术
光纤偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，PMD）是光纤中的一种色散效应，它由于光纤材料的非均匀性和应力产生的光纤中心相位指向沿纤维轴的变化而引起。
这种偏振模色散会导致光信号在传输过程中的不同频率成分相位速度不同，从而造成信号畸变。
测量和自适应补偿技术是用来应对光纤偏振模色散问题的技术手段。
其基本原理如下：
1.测量：为了评估光纤中的偏振模色散效应，通常会使用特定
的测量系统来测量和监测PMD水平。
这些系统通常使用相干光或窄带光源，并通过测量不同偏振态的传输延迟来估计光纤中的PMD。
2.自适应补偿技术：一旦测量到光纤中的偏振模色散，并确定
其对传输造成的影响，就可以采取一些自适应的技术来进行补偿，以减小或消除其对信号的影响。
●直接补偿方法：通过使用特定的光学器件，如调制器或偏振
控制器，对信号进行调整以消除或减小光纤中的偏振模色散效应。
●算法补偿方法：利用数字信号处理技术，通过对传输信号进
行实时性能监测和处理来补偿PMD效应。
这些算法可以预先测量和建模PMD，并在信号传输过程中对信号进行调整，以适应光纤中的PMD变化。
自适应补偿技术的实施需要使用高速数字信号处理（DSP）技术和精确的控制算法。
这些技术已经广泛应用于光纤通信系统中，以降低光纤偏振模色散效应对系统的影响，并提高传输性能和可靠性。
光纤的损耗3-3单模光纤的色散及单模光纤的分类 [兼容模式]
![光纤的损耗3-3单模光纤的色散及单模光纤的分类 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/ebb61d59804d2b160b4ec0a0.png)
忽略第二项，则偏振模色散导致的脉冲展宽为：
2. 偏振模色散的统计特性 由于光纤在制造过程中的不确定性因素，光纤 的不圆程度、内应力的不均匀程度都是随机变化的。 这导致光纤的双折射参量或拍长LB并不是一个 常量，而是一个随光纤位置而变化的随机量。
-10 -20
G.656 色散平坦光纤 使波导色散曲线具有更大的斜率，或其负色 散值随波长变化更陡，使得在1.3~1.6um波长 范围内波导色散与材料 总色散 色散都可较好的相抵消。 因此在较大的范围内保 普通光纤 持相近的色散值，适用 于波分复用系统 色散平坦光纤
30 20 10 1.1 1.2 1.3 1.4 ( m m) 1.5 1.6 1.7
§3.3 单模光纤的色散及单模光纤的分类
一、色散系数 单模光纤中只有主模式LP01模传输，总色散 由材料色散、波导色散、折射率剖面色散和偏振 模色散构成。前三项属于波长色散，后一项为模 式色散。在光纤的双折射参量很小时，波长色散 是主要的。 定义单模光纤的波长色散D()：
D Dm DW
定义色散斜率：
D ( ) D (0 ) d D ( ) S 0 lim 0 0 d
即零色散波长附近总色散系数随变化曲线的斜 率，则零色散区内的色散系数为：
D( ) ( 0 ) S 0 S 0
将设可以将光信号看成是对角频率为0，相位 常数为0的单色光调制的结果，则有：
G.655非零色散光纤: 是一种改进的色散移位光纤。在密 集波分复用(WDM)系统中，当使用波长1.55 μm色散为零 的色散移位光纤时，由于复用信道多，信道间隔小，出现 了一种称为四波混频的非线性效应。这种效应是由两个或 三个波长的传输光混合而产生的有害的频率分量，它使信 道间相互干扰。如果色散为零，四波混频的干扰十分严重， 如果有微量色散，四波混频反而减小。为消除这种效应， 科学家开始研究了非零色散光纤。这种光纤的特点是有效 面积较大，零色散波长不在1.55 μm，而在1.525 μm或 1.585 μm。 这种光纤在密集波分复用和孤子传输系统中使用，实 现了超大容量超长距离的通信。
单模光纤偏振模色散测试的重要性
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Ｓ２２００Ｆ 和Ｓ２２００Ｇ 可提供Ｔｅｌｎｅｔ 、Ｗｅｂ、ＳＮＭＰ、 Ｃｏｎｓｏｌｅ 口等多种网管方式，具有形象直观、功能强大 的Ｅ ａ ｓ ｙ － ｄ ｏ 图形界面网管系统，支持集群网管，支持 ＳＮＭＰ 和ＨＴＴＰ ，可灵活方便地实现带内和带外网络管 理功能；支持Ｒ Ｍ Ｏ Ｎ 远程网络监控，管理应用程序可 在任一时间段内提取各种统计、分析数据，可提供多 种方式下的快速软件升级，可实现远程批量配置、远 程线路故障诊断定位、链路定时开启和关闭、流量分 析、本端口环回故障检测等功能。
偏振模色散具有随机性， 这 与具有确定性的波长色散不同， 其值与光纤制作工艺、材料、传输 线路长度和应用环境等因素密切
相关。 由于受工艺水平的制约， 传
输链路上使用的每一段光纤在结 构上都存在差异， 即使同一段光 纤，也存在纵向不均匀性，因而偏 振模色散的值也会因光纤本身的 差异性而不同。 从工程安装和链 路环境看， 影响因素还具有不确 定性，比如环境温度，有些地方夏 冬温差为 ６０℃，昼夜温差为 ２０℃。 偏振模色散的大小， 是由这些因 素的综合影响决定的， 也具有不 确定性，是一个随机变量。通常所 说的偏振模色散是多少， 指的是 （统计）平均值。在光纤链路上，两 个正交的偏振模产生的时延差遵 守一定的概率密度分布原则。
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运营支撑
残余应力等， 从而使得两个模式 之间的兼并被破坏， 两个模式的 相位常数不相等，如图 ２ 所示。这 种现象称为模式双折射。 双折射 的存在将引起一系列复杂的效应， 例如，两模式的群速率不同，两个 相互垂直的偏振模以不同的速率 传播，使得到达光纤另一端的时 间也不同。 光波的基模含有两个 相互垂直的偏振态， 在实际的光 纤中，这两个相互垂直的偏振模 在单位长度中的时间差就是偏振 模色散，简称 Ｐ Ｍ Ｄ ，其单位为 ｐｓ／ √ ｋｍ。由于双折射偏振态沿光 纤轴向变化， 外界条件的变化将 引起光纤输出偏振态的不稳定， 因此对某些场合应用影响严重。
单模光纤的色度色散
西安科技大学自动化091李斯远题目：单模光纤的色度色散一、前言一、课题的目的及意义在我国，随着经济的迅速发展，电信市场也得到了飞速的发展，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。
巨大的用户群带来海量的通信流量，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。
从技术角度上看，限制高速率长距离信号传输的因素主要是光纤衰减、非线性和色散。
光放大器的研究成功，使光纤衰减对系统的传输距离不再起主要限制作用。
而非线性效应和色散对系统传输的影响随着非色散零位位移光的引入也逐渐减少和消除。
随着单信道传输速率的提高和模拟信号传输带宽的增加，PMD效应对于系统性能的影响已经不可忽略且日益严重，它和色度色散对系统性能的影响相同：即引起脉冲展宽，从而限制传输速率，影响传输距离。
正是由于PMD对高速率大容量光纤通信系统有着不可忽略的影响，所以自20世纪90年代以来，已引起业界的关注，偏振模色散及其补偿技术已成为目前国际光纤通信领域中研究的热点。
二、国际国内的研究状况偏振模色散是由光纤不圆度、光纤内部残留应力、环境温度变化等因素引起相互正交的两个偏振基模因传输速度不同而导致的脉冲展宽。
在2,5Gb/S以下的光纤通信系统中几乎感觉不到偏振膜色散的存在。
到了20世纪90年代早期10Gbps系统出现，PMD的作用开始显现，而对于紧随其后的40Gbps系统，PMD就成为导致信号分裂畸变的重要因素，从而制约了光网络的进一步发展。
从那时起，人们真正开始了对PMD进行系统深入的研究。
从80年代中期到90年代初期建立期初步的PMD统计模型开始，到2002年期间，逐渐发展和完善了一阶和高阶PMD的统计理论，也有了多种适应不同环境和测量要求的测量方法，测量仪器精度已达飞秒量级。