近幾年來,在我們對(duì)全國多個(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)都沒有偏振模色散測(cè)試儀。
X\Y}oa."A o}8I_o&]U 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。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)都沒有配置呢?或者說根本不去考慮要測(cè)試此項(xiàng)指標(biāo)呢?為此,筆者曾詢問過一些企業(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。
u%u&F^y Fj1NN 限制光纖通信高比特率長距離傳輸?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附近;③應(yīng)用色散補(bǔ)償?shù)霓k法來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)長距離傳輸?shù)闹饕蛩亍?
`0bP0^w w(U:U-MNe 偏振與雙折射是單模光纖特有的問題。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。
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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。
kA4@`YCl rn8cdMN 偏振模色散具有隨機(jī)性,這與具有確定性的波長色散不同,其值與光纖制作工藝、材料、傳輸線路長度和應(yīng)用環(huán)境等因素密切相關(guān)。
=su]w2,Iy {tw+#}T a 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。
1l5JP|x C&+6>L@ 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。
p[9s<lEh 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。
}4&/VvN tIc 7:th 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、時(shí)間、溫度、移動(dòng)和安裝條件的變化而變化;此外,長距離光纖的偏振模色散(真實(shí)情況)具有隨長度平方根而變化的特性。
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