温度对单模光纤偏振模色散的影响研究

参考文献
1 ITU -T 修改建议 G. 650 2 邹林森, 雷非. 用光谱分析法测量单模光纤的偏振模色散. 通信学报, 1999; 20( 3) : 75-78 3 B W Hakk i. Pol ariz at ion M ode D ispersion in a Singl e M ode Fiber . Journal of Light w ave T echnol ogy . 1996; 14( 10) : 2202-
将温度降低到零度以下, 以同样的方式 进行测量, 测量结果如图 4、图 5 所示。
图 4 和图 5 是使用了两家生产的光纤进 行试验。因此, 试验结果不完全一致, 但光纤 的 PM D 随温度的变化趋势却完全相 同, 即 随温度的升高而减小。比较图 4 和图 5, 在 0 ～50℃范围内, 图 4 中的试验曲线 2 的值比 图 5 中的大, 并且逐渐趋于一定值, 而试验曲 线 3 却几乎降为零。这主要是所试验的光纤 是由两家生产的缘故。因为光纤的偏振模色 散的大小不仅与外界因素有关, 而且还与光 纤本身的结构的完善性有关, 例如纤芯的椭 圆以及残留应力等。正是两种光纤结构上的 差异造成两条试验曲线的不同。
测量单模光纤的偏振模色散( PM D) 的方 法分为 Jones 矩阵本征分析法、波长扫描法( 又 称固定分析器法) 、干涉法主偏振状态( PSP ) 法 等等。本文的研究是基于波长扫描法而进行的。
2 波长扫描法测量原理[ 2] 在物理描述上, 假设入射到单模光纤的线
偏振光为 E0, 它在单模光纤分散成两个正交的 偏振分量 Ex ( 0) 和 Ey( 0) , 如图 1 所示。
! = x - y = nx k - nyk = ( nx - ny ) k
= 2∀!n/ #
A = [ ∃cos
+
bsin
]
2E
2 0
cos
2
+
[ ∃sin
+
bcos
]
2E
2 0
sin
2
B = [ 2ab - 4absin2 + 2( a2 -
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b2 ) sin
cos
]
E
2 0
co
s
s in
图 1 测量原理示意图
Eff ect of Temperature on Polarization Mode Dispersion in Single Mode Optical Fiber/ Shi Hui ping, Cheng Shuling/ Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunicati ons Abstract Wit h t he development o f t he capacit y of opt ical f iber com municat ion system , polarizat ion m ode dispersion ( PM D) in fiber has been a sort of ser io us lim it f act or . Because of t he incomplet e st ruct ure or t he action of ext ernal st ress o n opt ical f iber, P MD in f iber is f orm ed and changes depending on circumst ance. M any researches show ed t hat P MD in fiber is high sensit iv e t o t em perat ure. It is t he funct ion o f t em perat ur e. T he ef fect of t emperat ure on P M D was researched w it h w avel engt h scanning met ho d in t his papper . T he r esult s show ed t hat t he PM D of single mo de optical fiber reduces w it h t emper at ure. Keywords PM D T emperature f act or Sing le mode opt ical f iber
可见, 当单模光纤长度一定时, 输出端检
测到的光功率是随注入光源的波长而变化的。
当注入光的波长从 #1 变到 #N 时, 且满足
!n( 2#∀1 - 2#∀N ) L = 2N ∀, ( N = 1, 2, 3, …)
( 5)
时, 式( 4) 中的 I ( L) 具有极大值。由式( 5) 得
! n( #N - #1 ) L #N #1
2207 4 龚岩栋等. 用波长扫描法测量光纤偏振模色散及其研究. 电子学报, 1997; 25( 11) : 82-84
由图 1 可以看出, 在输入端有
Ex ( 0) = E 0 cos ( 1)
Ey ( 0) = E 0 s in 其中 是起偏器与 x 轴的夹角。由于模耦 合作用, 在单模光纤的输出端两个相互垂直的 偏振分量为
Ex ( L ) = aEx ( 0) exp( j x L ) + bEy ( 0) exp( j y L )
Ey ( L ) = aEy( 0) ex p( j yL ) + bEx( 0) ex p( j x L )
( 2) 检偏器上检测到的场强为
E( L ) = Ex( L ) cos + Ey ( L) sin
( 3)
为检偏器与 x 轴的夹角。
检偏器输出的光强为
I ( L ) = E ( L ) ×E( L ) = A + Bcos ( ! L ) ( 4) 其中
色散( PM D) 系数为
PM D = !& ( ps/ km )
( 9)
L
3 试验结果及分析 试验装置如图 2 所示。把光纤输入端耦合
到光源, 把被测光纤输出耦合到检测系统。 试验中, 将被测光纤放置在一个烘箱中,
以使光纤不会受到风的扰动及一些其他人为 因素的影响, 维持烘箱里的温度恒定, 同时尽 量不要让光纤受到应力的作用, 或者使光纤的 状态不要发生改变。对每一个温度值测量一组 数据, 然后进行算术平均, 目的是将测量误差 减小到最小, 得出的试验结果如图 3 所示。
史惠萍 女, 1969 年生, 博士, 工程师
1999-09-08 收稿
38 光 通 信 技 术 2000 年第 1 期
偏振模色散对光通信系统的影响, 是在此 系统的传输速率达到极高比特率、传输距离大
大增加时才被重视起来的。因此, 对单模光纤的 偏振模色散测量的研究也随之得以开展。
光 通 信 技 术
OPT ICAL COM M U NICA T ION T ECHN OLOGY
中国电信技术类核心期刊
V ol. 24 N o. 1
温度对单模光纤偏振模色散的影响研究
史惠萍 程淑玲( 武汉邮电科学研究院 430074)
摘要 随着光纤通信系统传输容量的不断发展, 光纤中的偏振模色散 P M D 成为限制高速光 纤通信系统传输容量的极限因素。偏振模色散是由于光纤结构的不完善性或者受到外界应力 的作用而产生的, 因此偏振模色散受外界环境因素的影响较大 。许多研究表明偏振模色散对 温度具有较强的敏感性, 是温度的函数。采用波长扫描法就温度对单模光纤偏振模色散的影响 展开研究, 研究结果表明, 单模光纤偏振模色散将随着温度的升高而呈现减小的趋势。 关键词 PM D 温度因素 单模光纤
=
N
( 6)
又因为光在光纤中的传输速度为 %= c/ n( n 为
光纤芯折射率, c 为真空中光速) , 所以
!%
=
c! n n2
( 7)
!n =
n2 !v c
那么, 两个偏振分量在光纤中传输时的时延为
!& =
!v %2
L
=
N #1#N c ( #N - #1)
( 8)
式( 8) 即为偏振模色散的差分群时延, 其偏振模
图 2 试验装置示意图
2000 年第 1 期 史惠萍 程淑玲: 温度对单模光纤偏振模色散的影响研究 39
图 3 光纤 PM D 随温度的变化试验曲线 1 图 4 光纤 PM D 系数随温度的变化试验曲线 2
从而使差分群时延 ! &减小, 因此 PM D 系数 值也相应地变小。
图 5 光纤 PM D 系数随温度的变化试验曲线 3
图 3 中, 横坐标是试验的温度值( ℃) , 纵 坐标是 PM D 系数( ps/ km ) 。可以看出, 当 试验温度从低到高发生变化时, 被测光纤的 PM D 系数具有不断减小的趋势。这是因为, 当温度升高时, 光纤材料处于膨胀状态, 光纤 上的应力减小, 使得相互正交的两个线性偏 振模的传播常数差 ! = x - y 变小。由式 ( 4) 、( 7) 和( 8) 可知, ! 变小致使 ! %也减小,
4 结论 光 纤的偏振模色散( PM D) 对温度具有
较强的敏感性, 它是温度的函数。对不同厂家 的光纤进行温度试验的结果表明, 光纤的 PM D 随着温度的升高有减小的趋势。虽然不 同厂家的光纤随温度的变化试验结果不尽相
同, 但这种变化趋势是完全一致的。这可能是 由于温度的升高使得光纤材料膨胀, 应力减 小, 致使相互正交的两个线性偏振模的传播 常数差 ! = x - y 变小。! 变小致使 ! %也 减小, 从而使差分群时延 !&减小, 因此 PM D 系数值也相应地变小。
1 前言 一般通信用的单模光纤, 意味着在这类光