Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: ( 37 )光纤的PMD参数及测试
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat May 10 14:08:33 2003) , 转信

光纤的PMD参数及测试
安徽省电信公司 凌海波
为了满足高速发展的数据业务等,光传输系统的传送速率越来越高。光缆线路中的色散指
标,特别是偏振模色散（PMD）指标就成为制约传输距离的主要因素之一。本文将介绍PM
D的相关知识。
一、PMD的概念：
偏振模色散指光纤中偏振色散,简称PMD（Polarization Mode Dispersion）,起因于实际
的光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模,沿光纤传播过程中,由于光纤难免受到外部的
作用,如温度和压力等因素变化或扰动,使得两模式发生耦合,并且它们的传播速度也不尽
相同,从而导致光脉冲展宽,展宽量也不确定,便相当于随机的色散,引起信号失真。
随着传输速率的提高,该色散对通信系统的影响愈来愈明显,而且越来越不可低估。PMD单
位为ps/m。两个正交的主偏振态之间群时延的时间差DGD的单位为ps,Km为中继段的长度
。PMD的典型值为0.3～0.5ps/km1/2
影响PMD的主要因素有两个:
1、双折射
由于光纤在制造过程中存在着芯不圆度、应力分布不均匀、承受侧压、光纤的弯曲和钮
转、光纤中的搀杂物浓度不对称等,这些因素将造成光纤的双折射。光在单模光纤中传输
,两个相互正交的线性偏振模式之间会形成传输群速度差,产生偏振模色散。双折射差异
越大,PMD值也将越大,它随光纤的长度变化。
2、模式耦合
同时,由于光纤中的两个主偏振模之间要发生能量交换,即产生模式耦合。模间耦合越紧
密,PMD值越小。
在光纤较长时,由于偏振模式耦合对温度、环境条件、光源波长的轻微波动、施工中光纤
的接续等都很敏感,故模式耦合具有一定随机性,这决定了PMD是个统计量。但PMD的统计
测量的分布表明,其均值与光纤的双折射有关,降低光纤的PMD极其对环境的敏感性,关键
在于降低光纤的双折射。
所以,PMD值其实是个统计数据。在实际的PMD测试仪表中,都包含一个平均程序以获得正
确的PMD值。
二、光传输受限距离的概念
在进行光传输系统设计时,中继段的最大传输距离是需要考虑的主要因素之一。在传统的
2.5G或2.5G以下传输速率的SDH系统来说,主要考虑的是系统衰耗的光缆受限距离。而对
于10G或10G以上的SDH系统来说,不仅需要考虑衰耗、还要考虑到系统色度色散和偏振模
色散。
(1)衰耗受限距离的计算和解决方法
L=（Ps-Pr-Pf-C）/A
其中：Ps是光口的输出功率；Pr是光口的接收灵敏度；
Pf是光通道功率代价；C是活动连接头的损耗；
A是光缆衰减系数；
当衰耗受限距离过小时,可以采用掺铒光纤放大器实现光信号的中继,以增加中继传输距
离。
(2)系统色度色散受限距离的计算和解决方法
L=Dsr/D
其中：Dsr指光口的色散容限（对不同类型的光口其容限值不同）
D指光纤每公里的色散值
G652光纤:D=17ps/(nm.km)
G655光纤:D=6ps/(nm.km)
当系统色度色散受限距离过小时,可以采用色散补偿技术以增加中继传输距离。色散补偿
技术实际是采用负色散光纤来抵消光缆的系统色散。
(3)系统偏振模色散受限距离的计算和解决方法
L=(Pt/P)2
其中：Pt指光口的PMD容限（对于10Gb/s信号,Pt=10ps）
P为光缆实际测试的PMD值。
例如某段光纤PMD值为1.2ps/km1/2,那么对于10G系统来说:
PMD受限距离=(10/1.2)2=69.44km
当系统PMD受限距离过小时,目前还没有非常有效的补偿办法。一种方法是缩短电再生距
离（如果某段光纤PMD值为1.5ps/km1/2,哪么每44公里就必须设置一个电再生站点）,另
一种方法是重新敷设光缆。所以在进行10G系统设计之前必须对各光纤段落的PMD值进行
准确测试。
三、PMD的测试方法
根据中华人民共和国通信行业标准《单模光纤偏振模色散的试验方法》,对PMD的测试包
括以下方法。
1、斯托克斯参数测定法(SPE-Stokes Parameter Evaluation)
2、偏振态法(SOP-State of Polarization)
3、干涉法(IF-the Interferometric method)
4、固定分析器法(FA-the Fixed Analyser method)
5、琼斯矩阵本征法(JME-the Jones Matrix Eigenanalysis Method)
在实际的工程施工和设备维护中,我们希望使用测量速度快、测试设备体积小,适合现场
操作的测试方法。PMD测试设备最好收、发分开,易于实现端到端的测试,可以直接从仪表
上读取某段光纤的PMD值。
干涉法可满足上述要求,这种方法可在现场测量PMD参数,在速度快的同时,干涉法几乎不
会受震动和不利环境的影响。干涉法是测量PMD最快的方法,1999年4月, 它就通过了TIA
认证(EIA/TIA-455-124)。在使用标准的1550nm LED光源的情况下,PMD值的精确度可达0
.12ps。它的测试原理是,当光纤一端用宽带光源照射时,在输出端测量电磁场的自相关函
数或互相关函数,从而确定PMD。
采用干涉法进行测量,测试仪表一般包括偏振光源、PMD测试单元(主机)、数据处理设备
(计算机)等三个模块。测试框图如下:
目前在国内大量使用的Eg&g公司的PMD440仪表、EXFO公司的FTB-300仪表均使用干涉法进
行测量,每段光纤PMD参数的测量时间仅约15秒。
最后需要说明的是,影响PMD指标的因素很多,除了光缆本身的制造工艺、光缆接续水平外
,在光纤在正常使用过程中,PMD值也会有很大的变化。在运输和成缆的过程中,光纤受到
的挤压会影响PMD值。此外,操作者进行现场测试时,温度、振动、装卸光缆都会导致PMD
值的变化,所以无论是光缆的施工还是PMD测试均要严格按照规程操作。



--

※ 来源:．哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.86]