单模保偏光纤偏振测试方法

西安科技大学自动化091李斯远题目：偏振模色散原理和测试方法分析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。

摘要：光纤损耗和色散是光纤通信向前发展的主要制约因素，随着光放大器和各种色散补偿技术的采用，这两种因素的影响得以减少或克服。

而偏振模色散将引起高速光脉冲畸变，制约传输距离，是40Gbit/s 高速光纤通信的主要技术难点之一。

关键词：光纤、偏振膜、色散英文摘要：Is the optical fiber communication optical fiber loss and dispersion, forward of the main factors with the adopt of optical amplifier and dispersion compensation technology, these two factors to reduce or overcome. And polarization mode dispersion will cause high speed optical pulse distortion, restricting the transmission distance, 40 gbit/s is one of the main technical difficulties of high speed optical fiber communication.关键词：Optical fiber, the polarization film, dispersion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。

第23卷　第6期2002年 应用光学 V ol.23　N o.62002文章编号:1002-2082(2002)06-0029-03单模光纤偏振特性的测试张玲芬(宁波大学理学院物理系,浙江宁波315211)摘　要:　叙述测量单模光纤偏振特性的基本原理,介绍单模光纤的偏振度P,位相差∆及保偏光纤的拍长L p的测量方法。

关键词:　单模光纤;偏振特性;测量原理中图分类号:TN253-34 文献标识码:A引言近年来,随着光纤技术的发展,光纤应用领域在不断扩大,单模光纤正越来越广泛地应用于通信、传感技术和集成光学等科技领域。

模H E11x和H E11y(其电场各沿x,y方向),因而单模光纤中实际传输着两个模式。

在理想光纤中,光纤的横截面形状及折射率分布是均匀对称的,H E11x模与H E11y模的传播常数相等(Βx=Βx),这两个模式是完全简并的,它们沿光纤传播时彼此同相,总的偏振态保持不变。

但实际光纤总带有某种程度的不完善,例如纤芯几何形状的椭圆形变,光纤内部的残余应力,光纤的变曲、扭转等引起的折射率各向异性都将使H E xx x和H E11y模的简并受到破坏,传播常数Βx和Βy不再相等,使光波的偏振态沿光纤的传播长度而变化。

保偏光纤则是在光纤的横截面上人为地引入几何各向异性,使得单模光纤中的H E11x模与H E11y模的耦合最小,因而在光纤中传输的线偏振光会在很长一段距离上基本不变,从而实现其保偏性能。

单模光纤不论是用于传输还是用作器件,都必须了解它的偏振特性。

我们建立的一套实验系统可对单模光纤的偏振度、位相差和保偏光纤的拍长进行精确测量。

该实验系统仪器先进,测量准确度高。

1　基本原理设单模光纤的双折射轴为ox和oy,电场振幅为E0的入射线偏振光与ox轴成Υ角(输入偏振角)对单模光纤进行激励。

在两个双折射轴上,对应分量的电场振幅为a x=E0co sΥ(H E11x模)a y=E0sinΥ(H E11y模)H E11x模和H E11y模在输入端的位相是相同的,在光纤中任意点z处,两模之间的位相差为∆=(Βy-Βx)z随z而变,故偏振状态也随坐标z变化,一般为椭圆偏振光。

偏振控制及偏振测试基础知识1. 偏振态的表示方法2. 偏振态的控制方法3. 偏振态的测量方法4.偏振度（DOP）及其测量5. 偏振消光比（PER）及其测量6.偏振相关损耗（PDL）及其测量7. 偏振模色散（PMD）随着通信技术的飞速发展，电信运营商们正在不断地提高 WDM 系统中单信道的传输速率。

目前，单波长传输速率为 40Gb/s 的系统正在建设中，而传输速率更高的系统也已经进入了人们的视野，这对光纤中的偏振模色散（PMD），偏振相关调制（PDM），放大器的偏振相关增益（PDG）等均提出了更高的要求。

尤其是近两年，偏振复用、相干探测技术成为在现已铺设的光缆中实现更高速率传输的热点解决方案，赢得了业内人士的普遍关注。

另一方面，随着光纤传感技术的突破性进展，光纤传感系统在国民经济的各个领域中得到广泛应用。

作为解调相位、频移等传感信号的重要方法之一，相干探测成为分布式传感、角速度传感、声学传感、电流传感等传感领域的核心技术。

而控制偏振态，实现干涉信号的稳定输出，则是相干探测的关键部分。

因此，我们可以看到，无论是在通讯领域，还是在传感领域，光的偏振都是大家共同关注的问题。

下面我们简单介绍一下偏振的基本概念、偏振的控制方法及几个重要偏振特性的测量技术。

1. 偏振态的表示方法所谓光的偏振，是指在光的传播过程中其能量分布的偏向性。

光是一种横波，其能量分布是横向的，也就分布于传播方向的横截面上。

而能量在此平面上如何分布，则是偏振所要描述的问题了。

对于完全偏振光，能量在此平面内的分布是确定的，有固定的方向性。

而对于自然光，其能量分布是没有任何方向上的偏向的，是完全随机的。

我们日常见到的绝大部分光，则是介于这两个状态之间的，其能量的分布既有一定的随机性，也有一定的偏向性。

光是电磁波，其偏振状态可以用光的电矢量来描述。

根据电矢量末端的变化轨迹，偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。

此外，由电矢量还可以派生出来其他几种表示方法，如偏振椭圆、Stokes参数、邦加球，另外还可以通过琼斯矩阵、米勒矩阵来表示一个偏振器件对偏振态的影响或改变。

收稿日期:2001-04-13作者简介:衡伯军(1973-),女,河南省南阳市人,助教,从事通信与信息系统教学研究。

单模光纤中光的偏振衡伯军(武汉科技大学,湖北武汉430070) 摘　要:分析了单模光纤中光的偏振特性以及偏振光学在光纤中的应用。

关键词:光的偏振;单模光纤;双折射中图分类号:O 437 文献标识码:A 文章编号:1002-6320(2001)06-0026-02 光波是一种频率极高(达1014H z 数量级)的电磁波,若我们仅考虑在自由空间中沿OZ 方向传播的单色波,可以将波动方程电场的通解写为[1]E x =e x cos (ωt -kz +δx ),E y =e y cos (ωt -kz +δy )。

其中E x 沿OX 方向线性偏振,E y 沿OY 方向线性偏振。

光波的偏振性质在各向异性媒质中显得特别重要,因为这种媒质的物理性质取决于方向,这种情况下E x 分量的传播特性一般与E y 不同。

以至于E x 、E y 和δ的值将沿传播路径而变化,光的偏振态将随传播距离和媒质的状态而变。

单模光纤由于其抗干扰性强,短距离传输衰减小,在通信和传感器中得到广泛应用。

单模光纤,是指光波导V 参量(V 值)小于2140时光在阶跃型折射率光纤中传输时,仅有一种模式。

其中V =2πa (n 21-n 22)12/λ,a :纤芯半径;n 1:纤芯折射率;n 2:包层折射率;λ:入射光波长。

事实上,从具有两个可以传输的不同光偏振态意义上来说,所谓单模光纤实际上至少是双模光纤,即电场矢量可分解成两个既互相垂直,同时又垂直于光纤轴的分量。

由于它们的正交性,它们各自独立传播,不发生相互作用和能量转换。

若注入一根具有对称圆截面的理想、笔直和无缺陷的光纤中,传输速度与偏振方向无关,则偏振光将保持它的偏振方向。

图1然而,实际上并不存在完全对称的理想光纤。

对于纤芯呈椭圆形的光纤,便可阐明由不对称性引起的一些复杂问题。

单模光纤色散测量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。

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)。