单模保偏光纤偏振测试方法
光纤的偏振模色及测量
强 偏 振 模 耦 合 导致 Ｐ ＭＤ 变 小 。 在这 种情 况 Ｆ． 所 有输 入偏 振 对
的 ， 意 味 着给 出时 间 内 实际 的 这 Ｐ ＭＤ 可 能在 某 次 ｉ 量 得 出 的标 吼 ０ 称Ｐ ＭＤ 值上下变 动 。
一
端没 有任何 延迟 输 网络 进 行 整 合 ． 力 大 发展视频 点 播 、 高速数 据广 播 、 高
速互联 网接 人及 其它数 据传 输服 务。 许 多城 市 已经完成 或正 在 实 施 光 纤 到 户工 作 。 纤传 输 已成 光 为今 后 广 电 网 的 发展 方 向 。 通 光
数 ，否则 系统将 无法 正常工作 ，
长 途 及跨 洋通信 系统 尤为重 要 。 我 们 目前所 讲的 单模光 纤实 际 上 并不 是 工作 于 单一 模 式 ， 它 的基 模 是 两 个椭 圆偏 振模 ， 系 当 统 工作 于 １Ｇｂ ｓ ， ０ ／ 时 由于 两个 模 式 的 差分 群时延将 导致 信号脉 冲
Ｐ ＭＤ 是在统 计基础 上定 义
强偏 振模 耦 台将强 烈影响 内部 双
折 射 ， 混 台了快和 馒 的偏振模 ， 它
因 此 减 少 了脉 冲 带 宽 。 就 是 说 ， 也
感应 如弯 曲、 曲影响严 重 ； 扭
－
变量 ；
・
产 品以检 查 Ｐ ＭＤ 测 量 系统 的可 重 复性 。 的 折 射 与 所 删得 光 总 纤 的长 度 成 比 侧 ， 具有 一个 单 井
（ 图１ 见 ） 这种脉 冲 的变宽叫做 色
的展 宽及畸 变 ， 系统 产生误 码 ， 使
严重 时 将 使 系统 无 法正常 工作 。 目前 的技 术还 没有实 用 的方 法抵
偏振模色散原理和测试方法分析
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。
光纤型偏振器消光比测试方法研究
图! 偏振控制器法
接测出偏振器的插入损耗。 在偏振器输入端截断光纤， 测出输入端光功率 ! ， 插入损耗为 " #
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: 单模光纤偏振器消光比测量
单模光纤偏振器一般为研磨型， 其消光比最高可
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起偏棱镜也可以用一只已知的高消比的单模光纤 （N ） 。这样可以实现全光 偏振器代替， 测试装置见图 :
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单模光纤偏振特性的测试
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。
单模光纤中的偏振(极化)及保偏光纤和单偏振光纤
纤入口处电磁场的两偏振模分量同相，并且初相位为
零，则在光纤入口处电场的 x,y 分量（ LP0x1 和 LP0y1 ）分别 为
Ex0 E0 c o s c o s(t) Ey0 E0 s i n c o s(t)
经过 z 距离传输后两分量变为：
Ex E0 c os c o s(t xz) Ey E0 s i n c o s(t y z)
为；当 / 2时为正椭圆偏振，如果 45o ，则为圆偏振；当
/ 2 时又成为斜椭圆偏振，只是椭圆长轴与与 x 轴夹角为 成为负值；其它各图可以类似分析。从 0 到 电场矢量 顺时针旋转，而从 到 2 电场矢量逆时针旋转。由该图 可见，经过一定长度， 变化 2 ，偏振态变化一个周期，此长
a a
x am2 x am2
i i
n n
（3.32）
p 在 0~1 之间变化， p 0 为圆偏振态， p 1为线偏振态，。可证：
t a n2 t a n2 c os
(3.33)
p 1 s i n2 2 s i n2
(3.34)
例题
若已知在单模光纤中传输的信号波长 1.55m 时，偏振色散约为 0.5ps / km（不
在没有偏振模耦合的情况（保偏光纤或短光纤情况）下，平均耦合 长度 h 大于光纤长度 l。这时群延时仍随光纤长度线性增加，即表述光 纤的 PMD 可以写成
PMD PM
p
l
ps / km
(3.26)
其中 PMD 的下标 PM 表示保偏光纤， p 表示两偏振模之间的传输时
延差。上面说到，若输入信号在一个输入主态方向偏振，则在输出处信 号也在一个输出主态方向偏振，在一阶近似下没有偏振模色散。但在存 在偏振模耦合时，这种情况下仍可能有偏振模色散引起的脉冲展宽，因 为在二阶近似下输出主态与频率有关，即存在高阶偏振模色散。
单模光纤偏振模色散测试的重要性
这样就能更好地模拟光缆实际应 用的环境， 得到更加准确有效的 数据，最大限度地降低这种误判 风险。
因此，希望各个光缆或光纤 生产企业通过本文的阐述与分析， 能够重新认识偏振模色散这项指 标，切实了解此项指标的重要性， 给此项指标以足够的重视。 各大 运营商在选型测试中， 也应充分 考虑此项指标的重要性， 并将此 项指标作为考核的指标之一。 这 样，我们才能保证敷设的光缆能 够满足通信的实际需要。
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偏振与双折射是单模光纤特有的问 题。单模光纤实际上传输的是两个正交 的基模，它们的电场各沿 ｘ 和 ｙ 两个方向 偏振。理想光纤的几何尺寸是均匀的且 没有应力， 因而光波在这两个相互垂直 偏振态方向以完全相同的速率传播， 在 光纤的另一端没有任何延迟， 如图 １ 所 示。但实际光纤总存在某种程度的不完 善，如光纤纤芯的椭圆变形、光纤内部的
偏振模色散和色度色散对系 统性能具有相同的影响， 即引起 脉冲展宽，从而限制传输速率。然 而，偏振模色散比色度色散小几 个数量级， 而且它仅在数字系统 和具有高放大调频模拟系统中采 用一定的色散补偿时才成为重要 的考虑因素。 这一限制受传输方 式、环境和安装条件的影响。
与具有确定性的色度色散不 同，任意一段光纤的偏振模色散 是一个服从 Ｍａｘｗｌｌｉａｎ 分布的随 机变量。其瞬时偏振模色散值随 波长、时间、温度、移动和安装条 件的变化而变化；此外，长距离光 纤的偏振模色散 （ 真实情况） 具有 随长度平方根而变化的特性。
一种测量偏振模色散的新方法
一对应表示 。如图 ’ 所示， 考虑某一光波的偏振 态， 其方向角为!， 椭圆率为" H I 2BC<2; （ ! J "（ ）右旋
（ "!!’//’""!( ） 、 深圳华为公司科技基 !国家高科技 )+$ 金资助课题。
光波在通过光纤介质后， 其偏振态会发生变化， 对于不同的波长， 其偏振态的变化都不一样。由偏 振主态模型可以知道， 对于某一频率的光波， 存在一 偏振模色散矢量 ! （%） ， 当输入偏振态固定、 光波频 率发生微小的变化时， 其输出偏振态会随波长而相
如果知道了所有波长的输出偏振态， 利用庞加 莱球上对应点的旋转情况， 由 （$） 式可以求出各波长 的群时延差， （ （’） >! ! "" ! # !） ， 为相邻波长的频率间距， 为其相应的输出偏 ! ! ! # 振态绕! （!） 旋转的夹角。 由于偏振模色散的随机性， 对所有波长的群时 延差取平均， 可以作为光纤的偏振模色散群时延差 的大小。 庞加莱球测量法就是基于以上原理， 让入射光 的偏振态固定， 用偏振计测出通过光纤后每一波长
确定偏振态的左右旋， 但通过一个 #*& 波片可以确 定其左右旋。 本测试方法就是利用以上原理， 让待测光波经 过一检偏器， 检偏器光轴方向分别为 /2 、 &12 、 3/2 时， 用光谱仪测量其光谱， 光谱仪测量的数据记录了各 波长在 $ 、 因而可同时确定 %、 & 点上分量的光强， 频谱范围内各波长的偏振态。 知道了待测光纤输出各波长的偏振态， 在庞加 莱球上画出对应的斯托克斯点， 利用 （%）式， 可以计 算出光纤的各波长的偏振模色散群时延差的大小。 实际上， 由于我们只测量待测光纤的群时延差， 输出偏振态在庞加莱球上随波长连续变化， 由 （%） 式计算群时延差时， 和" 值的符号没有关系， 将庞加 莱球下半球 （左旋偏振态） 的点画在上半球 （右旋偏 振态） ， 将不会影响测量结果， 因此我们在测量时不 需确定输出偏振态的左右旋。 $0% 实验装置及测量方法 实验装置如图 4， 掺铒光纤放大器的自发辐射 谱通过一起偏器， 得到一固定偏振态的宽光源， 此偏 振态的宽光源通过待测光纤后， 经可旋转的检偏器 首先使检偏器 56 旋转到 5 6 后再输入光谱分析仪。
偏振控制及偏振测试基础知识
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。