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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。
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。
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。
光纤的PMD参数及测试摘要: 随着10Gb/s SDH传输系统的大规模使用,对光缆的指标提出了更高的要求,尤其是光缆的PMD指标。
本文介绍了光纤的PMD参数及其测试。
关键词: PMD 干涉法传输受限距离衰耗色散为了满足高速发展的数据业务等,光传输系统的传送速率越来越高。
光缆线路中的色散指标,特别是偏振模色散(PMD)指标就成为制约传输距离的主要因素之一。
本文将介绍PMD的相关知识。
一、PMD的概念：偏振模色散指光纤中偏振色散,简称PMD(Polarization Mode Dispersion),起因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,展宽量也不确定,便相当于随机的色散,引起信号失真。
随着传输速率的提高,该色散对通信系统的影响愈来愈明,而且越来越不可低估。
PMD单位为ps／Km。
两个正交的主偏振态之间群时延的时间差DGD的单位为ps,Km为中继段的长度。
PMD的典型值为0.3～0.5ps/km1/2影响PMD的主要因素有两个1、双折射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、光纤中的搀杂物浓度不对称等,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。
双折射差异越大,PMD值也将越大,它随光纤的长度变化。
2、模式耦合同时,由于光纤中的两个主偏振模之间要发生能量交换,即产生模式耦合。
模间耦合越紧密,PMD值越小。
在光纤较长时,由于偏振模式耦合对温度、环境条件、光源波长的轻微波动、施工中光纤的接续等都很敏感,故模式耦合具有一定随机性,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。
一、概述色散是光纤的传输特性之一。
由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。
光纤的色散现象对光纤通信极为不利。
光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。
为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。
另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。
因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。
光纤的色散可分为：1．模式色散又称模间色散光纤的模式色散只存在于多模光纤中。
每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。
2．材料色散含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。
3．波导色散又称结构色散它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。
光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。
但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。
4、偏振模色散（PMD）又称光的双折射单模光纤只能传输一种基模的光。
基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组成。
若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即x和y方向的折射率不同。
因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。
PCVD工艺生产出的单模光纤具有极低的偏振模色散（PMD）。
二、色散（带宽）的描述模内色散系数的定义是：单位光源光谱宽度、单位光纤长度所对应的光脉冲的展宽（延时差）[ps/（nm·km）]。
色散是光纤传输的一个重要参数，对通信容量、通信距离有至关重要的影响。
光纤的色散可以分为下列三类：模间色散、色度色散、偏振模色散。
CD的测试方法：目前单模光纤的CD(色度色散)的测试方法有OTDR法，脉冲时延法和相移法。
其中OTDR法是在工程中得到较多应用的一种方法，其原理是OTDR发出三种以上的测试波长，通过后向散射曲线来判断不同波长的光脉冲在到达中继段的时延差得到光纤的色散值。
这种方法同OTDR测试一样是单端测试，便于操作。
而且结合大动态范围的OTDR模块，可保证测试中继段光缆的距离超过120km以上。
安捷伦N3900A采用四波长（分别是1310/1480/1550/1625nm）的OTDR模块（N3916AL）进行色散测试，图4是仪表的测试结果界面，测试结果包括光纤类型，光纤的零色散点波长，光纤的色散值（ps/km）,光纤的色散系数（ps/nm*km）。
采用OTDR法测CD的好处除了操作简单，单端测试外，其最大好处是一表多用，还可作为四个波长的OTDR测试光纤的衰减，常规的1310/1550nm测试常用的通信波长在光纤上的衰减，1625nm测试DWDM的监控波长在光纤上的衰减，1480nm测试全波光纤在水吸收峰上的衰减。
PMD的测试方法从测试原理来看，有代表性的PMD测试方有琼斯矩阵法，干涉法和波长扫描法。
1） Jones Matrix Eigenanalysis (JME)琼斯矩阵法JME法是光器件PMD测试的首选方法，其测量技术是基于Jones偏振状态转移矩阵的特性而实现的。
Jones矩阵描述了被测设备的偏振状态转移特性，它完整地包含了PMD，DGD和PSP(基准偏振态) 的信息。
当采用JME测量PMD时，通过发送端的可调协激光源(TLS)设定一定数量的波长，然后测得每个波长的Jones矩阵，并利用这些矩阵精确计算出PSP和DGD。
是在某个波长范围内特定时间t0的算术平均DGD。
λ该测试方法可测得不同波长上的DGD 以及平均DGD，可适合于不同的测试应用场合，即可测试较小的DGD，也可测试较大的DGD，即能测试一般宽带设备（如光纤）的DGD，也可用来测量窄带设备的DGD，如DWDM网络中的分波器(DEMUX)。
