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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 信息科学 » 通信科学 » 【讨论】发起有奖讨论：光纤偏振模色散的知识探讨(已有概念,定义,统计特性,测量)
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opt-comm

木虫 (正式写手)

[交流] 【讨论】发起有奖讨论：光纤偏振模色散的知识探讨(已有概念,定义,统计特性,测量)已有7人参与

当光纤通信单信道传输速率达到40Gb/s以后，光纤偏振模色散对于信号的损伤不能再忽视，成为重要的影响因素。
因此发起讨论：
1. 光纤偏振模色散的定义、概念
2. 光纤偏振模色散的性质
3. 光纤偏振模色散的测量
4. 光纤偏振模色散的缓解或补偿

参加者有希望获得发起人的200金币.

看来情况不乐观，大家不太了解偏振模色散。我来逐步为大家介绍一下。此间回答问题，或讨论问题，提出问题，198个金币奖励仍然有效。

后面将陆续介绍有关偏振模色散的资料。




[ Last edited by opt-comm on 2010-8-14 at 05:53 ]
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1楼2010-07-28 18:57:26
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lhfx_313

至尊木虫 (文坛精英)
opt-comm(金币+1):参与讨论奖励1金币。但是这篇东西好像也是从网上或谁的论文抄来的。下面的图只是OFDM的发射、传输、与接收，与PMD分析无关。如果你能说出有关的道理，将奖励10个金币。 2010-08-15 17:22:28
PMD历史
    随着社会的信息化,用户对通信容量的需求日益增加,未来全业务服务中每一用户的容量需求可能超过100 Mb/s。在这种需求的推动下,作为现代长途干线通信主体的光纤通信一直在朝着高速率、大容量和长距离的方向发展。在单信道速率不断提升(现已发展到10 Gb/s , 正向40 Gb/s 甚至160Gb/s 发展) 的同时,密集波分复用技术(DWDM) 也已日趋成熟并商用化。从技术的角度来看,限制高速率信号长距离传输的因素主要包括光纤衰减、非线性和色散。掺铒光纤放大器( EDFA) 的研制成功,使光纤衰减对系统的传输距离不再起主要限制作用。而非线性效应和色散对系统传输的影响随着非零色散位移光纤(NZDSF) 的引入也逐渐减小和消除。随着单信道传输速率的提高和模拟信号传输带宽的增加,原来在光纤通信系统中不太被关注的偏振模色散(PMD) 问题近来变得十分突出。与光纤非线性和色散一样,PMD 能损害系统的传输性能,限制系统的传输速率和距离,并被认为是限制高速光纤通信系统传输容量和距离的最终因素。正是由于PMD对高速大容量光纤通信系统有着不可忽视的影响,所以自20世纪90年代以来,已引起业界的广泛关注,并正成为目前国际上光纤通信领域研究的热点。

PMD产生原因
     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。

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。这种现象就是光的双折射，如果光纤为理想的情况，是指其横截面无畸变，为完整的真正圆，并且纤芯内无应力存在，光纤本身无弯曲现象，这时双折射的两束光在光纤轴向传输的折射率是不变的，跟各向同性晶体完全一样，这时PMD=0。但实际应用中的光纤并非理想情况，由于各种原因使HE11两个偏振模不能完全简并，产生偏振不稳定状态。
造成单模光纤中光的偏振态不稳定的原因，有光纤本身的内部因素，也有光纤的外部因素。
　  内部因素：PMD即偏振模色散(Polarization Mode Dispersion) ，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。同时，由于光纤中的两个主偏振模之间要发生能量交换，即产生模式偶合。在光纤较长时，由于偏振模随机模偶合对温度、环境条件、光源波长的轻微波动等都很敏感，故模式偶合具有一定随机性，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。
外部因素：单模光纤受外界因素影响引起光的偏振态不稳定，是用外部双折射表示的。由于外部因素很多，外部双折射的表达式也不能完全统一。外部因素引起光纤双折射特性变化的原因，在于外部因素造成光纤新的各向异性。例如光纤在成缆或施工的过程中可能受到弯曲、扭绞、振动和受压等机械力作用，这些外力的随机性可能使光纤产生随机双折射。另外，光纤有可能在强电场和强磁场以及温度变化的环境下工作。光纤在外部机械力作用下，会产生光弹性效应；在外磁场的作用下，会产生法拉第效应；在外电场的作用下，会产生克尔效应。所有这些效应的总结果，都会使光纤产生新的各向异性，导致外部双折射的产生。
偏振模色散与普通意义下的色度色散的概念并无关系，后者是光纤中一种相对稳定的现象，而偏振模色散却是在随机变化的。实际中我们看到的现象就是在光纤输出端的偏振模色散值随时间的随机起伏，只能用统计推算的办法得到它的值。
对于不同的系统，分析的方法也就不同。OFDM-ROF系统仿真模型如下：


[ Last edited by lhfx_313 on 2010-8-15 at 14:34 ]
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22楼2010-08-15 14:29:53
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lhfx_313

至尊木虫 (文坛精英)
21楼 图中DCF是对系统的色度色散实现补偿，这样才能研究PMD对系统的影响。当然只是示意图，具体的应该利用optisystem软件并结合Matlab（因为optisystem中的器件不能直接产生OFDM信号，但其提供了Matlab接口，可以利用Matlab来产生OFDM信号，随后完成信号的调制、发射、接收等处理过程）搭建整个系统，实现对PMD的测量以及其对整个系统性能的研究。其他的具体问题文字不好讲述，利用搭建的系统才能更好的说明问题。。。

[ Last edited by lhfx_313 on 2010-8-15 at 18:31 ]
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24楼2010-08-15 18:25:31
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lhfx_313

至尊木虫 (文坛精英)



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25楼2010-08-15 18:39:40
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lhfx_313

至尊木虫 (文坛精英)
opt-comm(金币+1):但是那张图还是没有将系统与PMD联系起来。其实给一个模块补偿PMD，比如在线的光补偿器，或是相干检测的补偿算法（离线也可以）。给出的资料很多，但是不是有机的联系，好像谁和谁也不挨着。但是回答问题精神可嘉，也费了不少功夫。奖励5金币。 2010-08-15 20:31:00
opt-comm(金币+4):忘了追加金币了，补上 2010-08-15 20:53:00
引用回帖:
Originally posted by opt-comm at 2010-08-15 19:42:21:


偏振模色散是光纤属性，不是信号属性。比如说某一段光纤偏振模色散的DGD是30ps，那么传OFDM信号也好，传OOK信号也好，传DxPSK信号也好，偏振模色散是不会改变的。只是OFDM信号、DxPSK信号比起OOK信号抵抗偏振 ...

当然对光纤通信来说，更看重的是光纤的某些属性对信号传输的影响，21楼的系统可以研究PMD对不同信号（看调制方式了）传输的影响，没有着重从物理角度去研究光纤的某些属性。具体的测量是在系统中进行的，不好描述，当然那些测量方法只是单纯地给出了，只为了说明有这些方法。
只接触了一小段时间，现在也不搞这个，说错的地方还望指正。。

[ Last edited by lhfx_313 on 2010-8-15 at 20:19 ]
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27楼2010-08-15 20:13:05
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