单偏振单模光纤
单模光纤偏振模色散PMD
单模光纤偏振模色散PMD测试摘要：研究PMD产生的原因、机理和影响，研究光纤PMD测量、控制和补偿方法，研究PMD对光缆和光缆链路的影响，对保障光纤通信系统的性能具有重要意义。
本文将着重对单模光纤PMD测试技术和不稳定因素进行论述。
关键词：PMD、干涉法、色散一、引入近几年，电信市场发展迅速，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。
据信息产业部最新公布数据表明：截止2004年5月底，中国固定电话用户达到2.904亿户，移动电话用户达到3.006亿户，互联网拨号用户5359.9万户，互联网专线用户6.7万户，宽带接入用户1659.7万户。
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，人们越来越重视非线性效应和偏振模色散（PMD）的影响。
二、单模光纤的偏振模色散产生机理随着单模光纤在测试中应用技术的不断发展，特别是集成光学、光纤放大器以及超高带宽的非零色散位移单模光纤即ITU-T G655光纤的广泛应用，光纤衰减和色散特性已不是制约长距离传输的主要因素，偏振模色散特性越来越受到人们重视。
偏振是与光的振动方向有关的光性能，我们知道光在单模光纤中只有基模HE11传输，由于HE11模由相互垂直的两个极化模HE11x和HE11y简并构成，在传输过程中极化模的轴向传播常数βx和βy往往不等,从而造成光脉冲在输出端展宽现象。
如下图所示：图1：PMD极化模传输图因此两极化模经过光纤传输后到达时间就会不一致，这个时间差称为偏振模色散PMD （Polarization Mode Dispersion）。
PMD的度量单位为匹秒（ps）。
光纤是各向异性的晶体，光一束光入射到光纤中被分解为两束折射光。
单偏振单模聚合物光子晶体光纤设计
（ ． Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＰ ｙ ｉｓ １ ｐ ｒ ｍｅ ｔｏ ｈ ｓｃ ，Ｎｏ ｔ ｗｅ ｔＵｎ ｖ ｒ ｉ ，Ｘｉ ｎ ７ ０ ６ ，Ｃｈ ｎ ；２ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＰ ｙ ｉ ｓ ｒ ｈ ｓ ｉｅ ｓｔ ｙ ’ １ ０ ９ ａ ｉａ ． ｐ ｒ ｍｅ ｔｏ ｈ ｓｃ
第 ３ ２卷 第 ４期 ２１ ０ １年 ７月
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Ｊ １２ １ ｕ． ０ １
文 章 编 号 ： ０ ２ ２ ８ （ ０ １ ０ — ７ ９０ １ ０ — ０ ２ ２ １ ） ４０ ４ — ４
关键 词 ： 导与光 纤光 学 ； 结构 聚合 物光 纤 ； 波 微 约束损 耗 ； 单偏 振单 模光 纤
中 图 分 类 号 ：ＴＮ９ ９ １ ２．１ 文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｓ ｎｇ ｅ。 ｏ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｓｎｇ ｅ ｍ ｏ ｅ ｐｏ ｙ ｅ ｈｏ ｏ ｃ ｃ ｙ ｔ ｌｆｂ ｒ ｉ ｌ 。 ｌ ｒ ｚ ｔｏ ｉ ｌ ｄ ｌ ｍ ｒ ｐ ｔ ｎｉ ｒ ｓ ａ ｉ ｅ ｐ ‘
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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。
Ｓ２２００Ｆ 和Ｓ２２００Ｇ 可提供Ｔｅｌｎｅｔ 、Ｗｅｂ、ＳＮＭＰ、 Ｃｏｎｓｏｌｅ 口等多种网管方式，具有形象直观、功能强大 的Ｅ ａ ｓ ｙ － ｄ ｏ 图形界面网管系统，支持集群网管，支持 ＳＮＭＰ 和ＨＴＴＰ ，可灵活方便地实现带内和带外网络管 理功能；支持Ｒ Ｍ Ｏ Ｎ 远程网络监控，管理应用程序可 在任一时间段内提取各种统计、分析数据，可提供多 种方式下的快速软件升级，可实现远程批量配置、远 程线路故障诊断定位、链路定时开启和关闭、流量分 析、本端口环回故障检测等功能。
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。
一种压缩六边形单偏振单模光子晶体光纤
别为４ ． ５ ３ ４ ×１ ０ ～、 ２ ． ２ ３ ６ ×１ ０ 和 ９ ． ５ ９ ７ ×１ ０ ～ｄ Ｂ ／ ｍ。 因此 ， 快 轴模 在极 短 的 光 纤 长 度 内 快 速 衰 减 ， 从 而 实现 仅 有 慢 轴 模 且 限制损耗低 于 ０ ． １ ｄ Ｂ ／ ｋ ｍ 的低 损 耗 单 模 单 偏 振 运 转 。 关键词 ： 光子晶体光纤 ； 全 矢 量有 限元 方 法 ； 避 免 相 交效 应 ； 单 偏振 单 模 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ８ １ ８ 文献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ － ８ ７ ８ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ３ ４ — ０ ３
（ 南京 邮 电 大 学 光 电 工 程 学 院 ， 江 苏 南 京 ２ １ ０ ０ ４ ６ ）
摘要 ： 提 出了 一种 新 型 压 缩 六 边 形 空 气 孔 阵 列 的 Ｓ Ｐ Ｓ Ｍ－ Ｐ Ｃ Ｆ （ 单偏 振 单模 光 子 晶 体 光 纤 ） 结构 ， 并 采 用 全 矢 量 有 限元 方 法 以 完 美匹配层为边界条件研 究了该光 纤的限制 损耗 特性 随结构 参量 变化 的规律 。数 值模 拟 结果表 明 ， 在 入射 波 长为 １ ． ５ ５ ０ ｇ ｍ
ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｒ — ｈ ｏ ｌ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ Ｎｒ ，ｅ ． ｇ ．ｔ ｈ ｅ ｙ ａ ｒ ｅ ４ ． ５ ３ ４×１ ０ 一 ， ２ ． ２ ３ ６ Ｘ １ ０ 一 ，９ ． ５ ９ ７ ×１ ０ 一 ｄ Ｂ ／ ｍ
单模单偏振光子晶体光纤的设计及其特性的研究开题报告
3.完成非硅基光子晶体光纤的设计，实现各通信波段的单模 单偏振 2015.5-2015.9
4.总结多种材料光子晶体光纤的一些特性，撰写毕业论文， 准备结题 2015.10-2015.12
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本文设计的光子晶体光纤有很高的双折射，两个偏振态的有效折射率曲 线会有偏差，当其中一个小于基空间填充模有效折射率，而另外一个大于基 空间填充模时，出现单模单偏振。
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三.拟研究的基本内容
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1.设计硅基的光子晶体光纤，在通信波段实现单模单偏振。 对设计的光纤结构进行数值模拟和理论上的解释并通过改 变其结构不断优化，对光纤的性质进行探索和研究，并尝 试将其应用在光纤器件中
总结上述单偏振单模光子晶体光纤研究的主要进展，可以看出，未来单偏振 单模光子晶体光纤的研究趋势就是，实现更大的单偏振单模运转区域，实 现更低的损耗。
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二.单模单偏振光子晶体光纤的设计原理
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设计原理可以归为两类： （1）在纤芯附近引入双折射结构。这样就会使得基模的一个偏振态的 有效折射率小于包层的有效折射率，由于这个模式不满足全反射定律不能在 纤芯中传播，是个截止模式。与此同时另一个偏振态的有效折射率大于包层 的有效折射率，这个模式满足全反射定律而能在纤芯中传播。所以这种方法 就称作截止法。 （2）耦合法，这种方法主要是应用“谐振耦合理论”，在特定波长附近使 得基模的一个偏振态模式与包层模或者包层高损耗区的模式满足“横向谐振耦 合方程和条件”，这时相应偏振态的光场能量就会在纤芯和包层间震荡衰减。 这个偏振模式相应的泄露损耗会显著增大而迅速衰减，这时另一个偏振模因 不满足谐振条件而在纤芯中较低损耗传输，由此可以实现单偏振单模运转。 此文中，我们采用的是第一类设计原理。
单模单偏振光纤的拍长
单模单偏振光纤的拍长单模单偏振光纤的拍长，乍一听可能让人感觉很复杂，甚至有点儿“高大上”。
但是呢，别怕，今天我们就来聊一聊这事儿，把它讲得轻松、明了，让你从中一笑而过。
其实吧，光纤这东西，它就像是你家里的水管，只不过它不是输送水，而是传输光信号。
别看它纤细，功能可大着呢！尤其是“单模单偏振”这两个词，听起来像是啥高科技的黑科技，其实它们的意思也没你想象的那么复杂。
先说说单模光纤。
顾名思义，它是只能让一条光波在里面跑的光纤。
你就想象一条很细的隧道，光线只允许从一条路径里过去，像是专门为一个小精灵开的小路，没法让一堆人乱窜。
这个特点让它能够传输更远、更清晰的信号。
而“单偏振”呢？简单来说就是光的振动方向只有一种，就好比你每天走路只能直着走，不能斜着走。
这样一来，光信号就可以保持一致，减少了信号的干扰和损耗。
所以，单模单偏振光纤的作用可大了，想要远距离、高质量的通信，它是首选！嗯，别急，接下来我们就来聊聊它的拍长，听起来好像特别神秘对吧？其实拍长就是指光纤内波长之间的距离，也就是光的传播过程中的一个“周期性”变化，形象点说，就是光信号在光纤内传输时的“波动规律”。
这个拍长呢，和光的频率、光纤的材料等因素有关系，但最重要的，是它和光纤的核心大小、结构、传输模式都紧密相关。
咱们现在用的这类单模单偏振光纤，拍长的影响可是非常大的。
如果拍长过短，那光信号就容易发生干扰，像是很多小波浪撞在一起，搞得你根本听不清楚声音。
要是拍长过长，信号又会衰减，传得越来越弱，甚至有点像是远远看见的灯光，虽然亮，但越来越模糊。
所以，拍长的控制，就显得尤为重要了。
拍长不是固定的，它会随着不同的工作条件、不同的设计而变化。
在实际应用中，我们通常会根据光纤的工作环境来进行优化。
你想啊，咱们平时用的手机，打个电话也好，看个视频也罢，背后其实就是靠这些光纤在传递着信息。
如果拍长控制得好，信号传输就更稳定，效果更好；反之，网络质量就会受影响。
单模光纤中的偏振(极化)及保偏光纤和单偏振光纤
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。
x y ，因而两偏振模的传输速度不一样。其结果引
起两个影响光纤传输特性的重要效应：偏振模色散 （PMD）和偏振不稳定。
1.2 PMD*
若光脉冲包含两偏振模，则会引起两偏振模的脉冲分散，即偏振模 色散，英文缩写为 PMD。由于 PMD 引起的脉冲传输时延差为
p gy gx
d y dx ( 1 1 ) d d vgy vgx
实现保偏光纤的方法有多种，其中著名的有：椭圆截面 （椭圆包层）光纤、熊猫型光纤和领结型光纤（外加非轴 对称的不均匀应力）等
3 单偏振光纤
这种光纤只传输一个偏振模，实现了真正的单模传输，是一种理想
情况。根据光纤理论 LP0x1 模和 LP0y1 模的截止频率都为零，不可能使
一个偏振模截止，但若用一种方法使某一偏振模衰减特别大，很快 衰减到零，最终使其截止。这样光纤中实际上只传输一个偏振模，
再由式(3.31)可得 L 2 2 10m 0.6 / m
1.4 保偏光纤和单偏振光纤
1. 尽量保证光纤的轴对称性，使两偏振模简并，使 x y，
这样就不存在双折射。这样两个问题都可解决，现在已取得了 成效。按现在制作的光纤水平，在比特率10Gbit/s 以下时， PMD的问题已不大，但拍长相对于通信距离仍太短，偏振敏感 器件仍不好用。
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有限元法(FEM) （各向异性的完美匹配层）
定义： 单偏振单模光子晶体光纤顾名思义只能 稳定的传导一个模式，即在传导基模 x 偏振态时 基模 y 偏振态是截止的，或者在传导基模 y 偏振 态时基模 x 偏振态是截止的。 一．在纤芯附近引入双折射结构（纤芯或包层）。 二．可以称作耦合法。这种方法主要是应用“谐 振耦合理论”。
1. 使光纤基模的某一偏振态不能传输；(FSM) 2. 使光纤基模的两个偏振态间保持很大的损耗
低的损耗，实现更低的色散。
包层基空间填充模(ＦＳＭ):是指未引入缺陷时无限大的ＰＣ Ｆ包层中的基模，其所对应的有效折射率是该周期性结构中所 能达到的最高值，用以分析三角形格子ＰＣＦ的单模传输条件， 包层ＦＳＭ的有效折射率起着包层等效折射率的作用。只要光 纤中传输模式的有效折射率小于包层ＦＳＭ 的有效折射率，这 些约束模就会变成泄露模，从而无法在光纤芯区传输。