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opt-comm木虫 (正式写手)
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[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
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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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opt-comm
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12楼2010-08-01 06:33:13
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opt-comm(金币+1):虽然貌似不是自己的理解，但是欢迎回帖。 2010-07-28 19:37:00
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偏振模色散的概念 双折射与偏振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,y方向偏振。在理想的光纤中，这两个模式有着相同的相位常数，它们是互相简并的。但实际上光纤总有某种程度的不完善，如光纤纤芯的椭圆变形、光纤内部的残余应力等，将使得两个模式之间的简并被破坏，两个模式的相位常数不相等，这种现象称为模式双折射。由于存在双折射，将引起一系列复杂的效应。例如，由于双折射，两模式的群速度不同，因而引起偏振色散；由于双折射偏振态沿光纤轴向变化，外界条件的变化将引起光纤输出偏振态的不稳定，这对某些应用场合，影响严重。 光纤的固有偏振模色散是由非圆形纤芯引起，构成双折射现象导致的色散，而对双折射引起的偏振模色散是由外部因素如机械压力、热压力等导致的色散。 偏振模色散不能避免，只能最小化。由于光纤存在PMD，已经给10Gb/s链路带来了严重限制。而在40Gb/s速率上，任何器件也有少量的PMD。 偏振模色散对于光脉冲的影响 偏振模色散具有随机性，这与具有确定性的波长色散不同，其值与光纤制作工艺、材料、传输线路长度和应用环境等因素密切相关。 由于受工艺水平的制约，传输链路上使用的每一段光纤结构上存在差异，即使同一段光纤，也必然存在纵向不均匀性，因而PMD的值也会因光纤而异。从工程安装和链路环境看，影响因素不仅多，而且具有不定性。比如环境温度，夏冬温差可能达30～80℃，昼夜温差也有可能达10～30℃。PMD的大小，由这些因素的综合影响决定，也具有不确定性，是一个随机变量。通常所说的PMD是多少，指的是（统计）平均值。在光纤链路上，两个正交的偏振模产生的时延差遵守一定的概率密度分布。PMD的值与光纤长度的平方根成反比例的变化，因而其单位记作ps／km1/2 PMD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，如图3所示。然而，PMD比波长色散小得多，对低速率光传输的影响可忽略不计，甚至没有列入早先的光纤性能指标之中。但是随着系统传输速率的提升，偏振模色散的影响逐渐显现出来，成为继衰减、波长色散之后限制传输速度和距离的又一个重要因素。如何减少PMD的影响，是目前国际上研究的热点之一。PMD是一个随机变量，其瞬时值随波长、时间、温度、移动和安装条件的变化而变化，导致光脉冲展宽量不确定，其影响相当于随机的色散。它与波长色散发生的机制虽然不同，但是对系统性能具有同样的影响，因此也有人将偏振模色散称作单模光纤中的“多模色散”。 偏振模色散对于光传输距离的影响 不同时期敷设的光纤，PMD值差别很大。10年前应用的光缆受当时光纤工艺水平所限，PMD通常大于2ps/km1/2，有的高达6～7 ps/km1/2；后来布设的光缆，PMD不大于0.5ps/km1/2，不会对10Gbit/s速率系统造成限制；近年来敷设的光缆，多为0.2ps/km1/2甚至更小。最优秀的光纤，PMD已经控制到0.001ps/km1/2的水平。 当两个正交的偏振模之间的时延差dt达到系统速率一个脉冲时隙的三分之一时，将会付出1dB的信号功率代价。由于PMD的随机统计特性，PMD的瞬时值有可能达到平均值的3倍。为了保证信号功率代价低于1dB，PMD的平均值必须小于系统速率一个脉冲时隙的十分之一。 因为 PMD＝dt/L1/2 ps/km1/2 （公式1） 现在要求dt＝1/(10B)，设速率为B的系统受PMD限制的最大传输距离为L km,则 L＝（dt/PMD）2＝〔1/(10*B*PMD)〕2 km （公式2） 早期布设光纤中，有一部分对STM－16信道速率的系统也产生限制。当PMD＝0.5ps/km1/2时,STM-64系统受PMD限制的传输距离(1dB代价)大约为400km，对于40Gbit/s系统，却只有25km。如果容许两个正交偏振模之间的时延差达到一个脉冲时隙的三分之一，40Gbit/s传输的PMD容限约8.3ps；若要保证在任何情况下系统功率代价都不超过1dB，即限定两个偏振模的传输时延差不超过一个脉冲时隙的十分之一，则PMD容限只有2.5ps。要实现600km以上的长途传输，PMD系数就要不高于0.1ps/km1/2。 根据上述分析可知，PMD是重要的限制因素。不同速率系统受PMD限制的传输距离可以计算出来。 |
3楼2010-07-28 19:16:36
小泉他爹
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opt-comm(金币+1):虽然貌似不是自己的理解，感谢及时回帖。 2010-07-28 19:42:13
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1偏振模色散：单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基模。当光纤存在双折射时,这两个模式的传输速度不同而引起的色散称为偏振模色散。 双折射与偏振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,y方向偏振。在理想的光纤中，这两个模式有着相同的相位常数，它们是互相简并的。但实际上光纤总有某种程度的不完善，如光纤纤芯的椭圆变形、光纤内部的残余应力等，将使得两个模式之间的简并被破坏，两个模式的相位常数不相等，这种现象称为模式双折射。由于存在双折射，将引起一系列复杂的效应。例如，由于双折射，两模式的群速度不同，因而引起偏振色散；由于双折射偏振态沿光纤轴向变化，外界条件的变化将引起光纤输出偏振态的不稳定，这对某些应用场合，影响严重。 光纤的固有偏振模色散是由非圆形纤芯引起，构成双折射现象导致的色散，而对双折射引起的偏振模色散是由外部因素如机械压力、热压力等导致的色散。 2偏振模色散不能避免，只能最小化;偏振模色散具有随机性. |
4楼2010-07-28 19:17:31
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