| cyqdesign |
2006-12-27 12:43 |
單模光纖偏振模色散測(cè)試的重要性
近幾年來(lái)，在我們對(duì)全國(guó)多個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的光纖光纜產(chǎn)品的進(jìn)網(wǎng)或認(rèn)證檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)企業(yè)都沒(méi)有偏振模色散測(cè)試儀。 D MM<, 1
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而幾何參數(shù)測(cè)試儀、傳輸特性測(cè)試儀、OTDR等設(shè)備倒是70%的企業(yè)都有，即使是占地面積比較大的機(jī)械物理性能測(cè)試儀也隨處可見(jiàn)。偏振模色散測(cè)試儀體積并不大、價(jià)格也不是很昂貴，可為什么這么多企業(yè)都沒(méi)有配置呢?或者說(shuō)根本不去考慮要測(cè)試此項(xiàng)指標(biāo)呢?為此，筆者曾詢問(wèn)過(guò)一些企業(yè)，他們的回答令人吃驚：“這項(xiàng)指標(biāo)不重要，最初單模光纖的標(biāo)準(zhǔn)中是沒(méi)有這項(xiàng)指標(biāo)的，它對(duì)光纜產(chǎn)品的質(zhì)量不會(huì)有影響”。那么，這項(xiàng)指標(biāo)到底是否會(huì)影響通信質(zhì)量呢?下面，讓我們從偏振模色散的原理、偏振模色散在實(shí)際通信中對(duì)通信質(zhì)量的影響以及ITU-T標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定等幾個(gè)方面闡述一下。 hb J>GSoZ,
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限制光纖通信高比特率長(zhǎng)距離傳輸?shù)囊蛩赜袃蓚�(gè)：一是光纖的衰減，另一個(gè)是光纖的色散。單模光纖的色散又可分為兩種：一是光纖的群速度色散（GVD），另一種是光纖的偏振模色散。為降低單模光纖群光波傳輸速率的影響，一般可采用三種措施：①利用譜線寬度很窄的DFB激光器；②使系統(tǒng)工作在單模光纖群光波傳輸速率色散為零的波長(zhǎng)附近；③應(yīng)用色散補(bǔ)償?shù)霓k法來(lái)抵消單模光纖群光波傳輸速率色散的影響。當(dāng)采用上述三種方法使光纖通信系統(tǒng)中的單模光纖群光波傳輸速率色散變得很小或趨于零時(shí)，單模光纖偏振模色散的影響就突出了，成為限制高比特率系統(tǒng)長(zhǎng)距離傳輸?shù)闹饕蛩亍? 1@DC#2hPr
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偏振與雙折射是單模光纖特有的問(wèn)題。單模光纖實(shí)際上傳輸?shù)氖莾蓚�(gè)正交的基模，它們的電場(chǎng)各沿x和y兩個(gè)方向偏振。理想光纖的幾何尺寸是均勻的且沒(méi)有應(yīng)力，因而光波在這兩個(gè)相互垂直偏振態(tài)方向以完全相同的速率傳播，在光纖的另一端沒(méi)有任何延遲，如圖1所示。但實(shí)際光纖總存在某種程度的不完善，如光纖纖芯的橢圓變形、光纖內(nèi)部的殘余應(yīng)力等，從而使得兩個(gè)模式之間的兼并被破壞，兩個(gè)模式的相位常數(shù)不相等，如圖2所示。這種現(xiàn)象稱為模式雙折射。雙折射的存在將引起一系列復(fù)雜的效應(yīng)，例如，兩模式的群速率不同，兩個(gè)相互垂直的偏振模以不同的速率傳播，使得到達(dá)光纖另一端的時(shí)間也不同。光波的基模含有兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)，在實(shí)際的光纖中，這兩個(gè)相互垂直的偏振模在單位長(zhǎng)度中的時(shí)間差就是偏振模色散，簡(jiǎn)稱PMD，其單位為ps/∨km。由于雙折射偏振態(tài)沿光纖軸向變化，外界條件的變化將引起光纖輸出偏振態(tài)的不穩(wěn)定，因此對(duì)某些場(chǎng)合應(yīng)用影響嚴(yán)重。 $@D a| d4
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光纖的固有偏振模色散是由非圓形纖芯引起的雙折射現(xiàn)象所導(dǎo)致的色散，它是由外部因素如機(jī)械壓力、熱壓力等導(dǎo)致的。光波在各向同性的媒質(zhì)內(nèi)傳輸，引起的偏振不依賴于場(chǎng)的方向，傳播的相位速率不依賴于偏振方向；在各向異性的媒質(zhì)內(nèi)傳輸，情況就不是如此，例如，光波沿z方向傳輸，如其電場(chǎng)與x方向平行，則引起偏振的相速與y方向引起偏振的相速不同。光纖中的“雙折射”，就是指相速依賴于電場(chǎng)偏振方向的現(xiàn)象。由此可知，若光波在z=0平面有線性偏振，沿x和y方向有同等分量，則沿z方向傳播一定距離后，因x和y兩個(gè)分量有相位差，光波變成橢圓偏振。單模光纖的圓截面的各向異性越大，兩個(gè)相互垂直的偏振模的傳播常數(shù)差就越大。 EU$.{C_O(
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偏振模色散具有隨機(jī)性，這與具有確定性的波長(zhǎng)色散不同，其值與光纖制作工藝、材料、傳輸線路長(zhǎng)度和應(yīng)用環(huán)境等因素密切相關(guān)。 u=
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由于受工藝水平的制約，傳輸鏈路上使用的每一段光纖在結(jié)構(gòu)上都存在差異，即使同一段光纖，也存在縱向不均勻性，因而偏振模色散的值也會(huì)因光纖本身的差異性而不同。 T.4&P#a1
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從工程安裝和鏈路環(huán)境看，影響因素還具有不確定性，比如環(huán)境溫度，有些地方夏冬溫差為60℃，晝夜溫差為20℃。偏振模色散的大小，是由這些因素的綜合影響決定的，也具有不確定性，是一個(gè)隨機(jī)變量。通常所說(shuō)的偏振模色散是多少，指的是（統(tǒng)計(jì)）平均值。在光纖鏈路上，兩個(gè)正交的偏振模產(chǎn)生的時(shí)延差遵守一定的概率密度分布原則。 d9K8[Q5^3
偏振模色散和色度色散對(duì)系統(tǒng)性能具有相同的影響，即引起脈沖展寬，從而限制傳輸速率。然而，偏振模色散比色度色散小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而且它僅在數(shù)字系統(tǒng)和具有高放大調(diào)頻模擬系統(tǒng)中采用一定的色散補(bǔ)償時(shí)才成為重要的考慮因素。這一限制受傳輸方式、環(huán)境和安裝條件的影響。 {~3QBMx6
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與具有確定性的色度色散不同，任意一段光纖的偏振模色散是一個(gè)服從Maxwllian分布的隨機(jī)變量。其瞬時(shí)偏振模色散值隨波長(zhǎng)、時(shí)間、溫度、移動(dòng)和安裝條件的變化而變化；此外，長(zhǎng)距離光纖的偏振模色散（真實(shí)情況）具有隨長(zhǎng)度平方根而變化的特性。 xG 9Sk
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當(dāng)光波傳輸速率較低和距離相對(duì)較短時(shí)，偏振模色散對(duì)單模光纖系統(tǒng)的影響微不足道。但隨著對(duì)帶寬需求的增長(zhǎng)，特別是在10Gbit/s及更高速率的系統(tǒng)中，偏振模色散開(kāi)始成為限制系統(tǒng)性能的因素，因?yàn)樗鼤?huì)引起過(guò)大的脈沖展寬或造成過(guò)低的信噪比（SNR）。 vrkY7L 3\
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單模光纖在生產(chǎn)、安裝和使用等過(guò)程中，由于溫度或機(jī)械因素引起各種相移，因此兩個(gè)相互垂直的偏振模的相對(duì)時(shí)延隨時(shí)間發(fā)生變化；由于光纖熔接沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)或光纖存在彎曲或微彎，因此總的輸出光功率將有所起伏。這些都有可能引起噪聲。光纖傳輸系統(tǒng)中使用的分光器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)偏振不敏感。雖然由于光纖中基模傳播路徑近似于光纖的軸線而使光纖繞圈引起的彎曲損耗以及由熔接或定向耦合器不正常引起的損耗都不完全對(duì)偏振敏感，但單模光纖在使用時(shí)應(yīng)注意避免各種可能的噪聲源。 n t}7|h|
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偏振模色散指標(biāo)的好壞，直接關(guān)系到通信質(zhì)量，是評(píng)價(jià)光纜質(zhì)量好壞的一項(xiàng)很重要的指標(biāo)。無(wú)論是以往的進(jìn)網(wǎng)認(rèn)證，還是現(xiàn)在的泰爾認(rèn)證，此項(xiàng)指標(biāo)都被定為B類檢驗(yàn)項(xiàng)目（有任意一項(xiàng)B類不合格項(xiàng)，則整纜就被判定為不合格）。同時(shí)，由于通信鏈路本身要求偏振模色散產(chǎn)生的時(shí)延差平均值必須小于系統(tǒng)1bit周期的1/10，這樣才能保證信號(hào)功率損失在1dB以下，考慮到所測(cè)得的數(shù)據(jù)的正確性與準(zhǔn)確性（與光纜長(zhǎng)短有關(guān)），因此我們?cè)跍y(cè)量此項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，要求廠商提供盡可能長(zhǎng)的光纜或光纖，通常要求1.1km以上。這樣就能更好地模擬光纜實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境，得到更加準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)，最大限度地降低這種誤判風(fēng)險(xiǎn)。 K JA
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因此，希望各個(gè)光纜或光纖生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)本文的闡述與分析，能夠重新認(rèn)識(shí)偏振模色散這項(xiàng)指標(biāo)，切實(shí)了解此項(xiàng)指標(biāo)的重要性，給此項(xiàng)指標(biāo)以足夠的重視。各大運(yùn)營(yíng)商在選型測(cè)試中，也應(yīng)充分考慮此項(xiàng)指標(biāo)的重要性，并將此項(xiàng)指標(biāo)作為考核的指標(biāo)之一。這樣，我們才能保證敷設(shè)的光纜能夠滿足通信的實(shí)際需要。
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