偏振膜色散的影响

偏振模色散定义

偏振模色散，顾名思义就是偏振膜的色散。什么是偏振膜呢？举个例子看过立体电影没 要带个眼镜是吧，那两块镜片放一起旋转到某个方位是会不会一团黑啊 ，那此时他们就正交偏振膜了。

首先讲立体电影的原理，我们看东西都是两只眼镜从两个角度观察的吧，立体电影就是模仿这个原理，让我们的左眼只看到左眼视角的东西，右眼看到右眼视角的东西，这样你看东西就成立体的了。所以他总是那个角度的光线一起打在银幕上，如果你不带那个眼镜，就是模糊的。

就是因为光是横波，所以有种特殊的树脂做成的镜片只能透过特定偏正方向的光线。那两片眼镜的投射方向正好垂直，所以只要把电影银幕上的光线的震动方向复合眼镜的偏正方向，就会左眼只看到左眼的，同理右眼。正交偏正膜就是两个投射光偏正方向正交（即垂直的膜）,要通过旋转达到不能透过光线的情况下，就是正交的。很常见，液晶屏在多强外界的光线下看上去也是黑的也是因为这个。

因此，总的来说偏振膜色散就是：一个信号脉冲沿着理想的对称圆形单模光纤在不受外界干扰情况下传输时,光纤输入端的光脉冲可分裂成两个垂直的偏振输出脉冲,以相同的的传播速度进行传输,并同时到达光纤输出端,这两个脉冲叠加在一起会重现出它们在光纤输入端时的偏振状态,实际上光纤由于上文所述的种种原因,会引起双折射,即x轴方向和y轴方向上的折射率是不一样的,这将引起偏振模色散。

偏振模色散的影响

长距离数字通信系统通常工作于1550nm附近的第三窗口,因为在此窗口光纤衰减Z小。对标准单模光纤来说,在这一窗口,由于色散较大,偏振模色散的影响可以忽略不计。与其它色散一样,偏振模色散也要使脉冲展宽,从而提高数字通信系统的误码率,限制系统的传输带宽。但是,如果应用了高质量的DFB激光器或色散补偿技术,则要考虑偏振模色散的影响。DFB激光器的线性带宽很窄,相应地降低色散的影响。在通信系统中接入一色散补偿器(DCM)可以得到实际的色散补偿。

通过专门设计色散补偿光纤的折射率分布可以使光纤在第3窗口具有较大的负色散系数,这一负色散系数可以补偿标准单模光纤的色散。总之,在长距离、高比特率数字通信系统中,如果应用了色散补偿技术降低了色散值,则偏振模色散的影响相应突出了。此外,由于偏振模色散的统计特性,迄今为止,还没有任何方法可以补偿它。如果激光器的线性带宽不是很窄,色散的影响将较大,偏振模色散的影响可以忽略不计。

但是,如果降低激光器的线性带宽,则偏振模色散的影响就增大了。取偏振模色散值为0.5ps/km,因为这一值可能被接受为国际标准规范值(至少对陆地网络是如此)。按照某些国际标准技术规范小组的观点，当时延差达到1比特周期的0.3倍时，将引起1dB的功率损失。偏振模色散的瞬时值有可能达到平均值的3倍，这样，为了保证功率损失在1dB以下，偏振模色散的平均值必须要小于1比特周期的十分之一。偏振模色散与通信系统比特率及传输距离的关系,当偏振模色散值为0.5ps/km时,在1dB的功率损失时,比特率为10Gb/s系统的传输距离可达400km。

模拟通信系统性能的下降可能是由于偏振模色散、激光器啁啾(chirp)和元器件的与偏振相关的衰耗（PDL）之间的相互作用。PDL的含意是不言而喻的。激光器啁啾是在调幅(AM)系统中出现的激光频率调制,啁啾参量描述了由于强度调制产生的Z大频率漂移。即使是设计相似的激光器,这一量也可能完全不同。与对长距离、高比特率数字通信系统的影响不同,偏振模色散对短距离模拟通信系统的影响要复杂得多。这种影响是多种因素的综合,在这里,我们仅仅作一简单介绍,更详细的讨论可见参考文献。

对在有线电视(CATV)系统第2窗口应用的DFB激光器来说，其典型值在100至400MHz之间,偏振模色散、PDL和激光啁啾之间的相互作用将引起复合的第二阶失(CSO)，在信号中产生高阶谐波，在传输通道之间出现边频带，从而严重影响传输的质量。我们将在第二阶谐波中的能量大小，即在基频的2倍频率处接收到的能量大小，作为信号质量的度量。

很明显,可接受的CSO值取决于传输通道的密度。目前，认为当CSO功率电平为-65dB左右或更小时,对60通道的CATV系统是足够了。当不存在PDL时,偏振模色散必须要小于9ps，当PDL为0.1dB左右时，偏振模色散必须要小于8ps。当偏振模色散值为0.5ps/km时，Z大允许的传输距离为324km或256km，取决于PDL大小。

光线的偏振膜色散

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在结构上都存在差异，即使同一段光纤，也存在纵向不均匀性，因而偏振模色散的值也会因光纤本身的差异性而不同。

从工程安装和链路环境看，影响因素还具有不确定性，比如环境温度，有些地方夏冬温差为60℃，昼夜温差为20℃。偏振模色散的大小，是由这些因素的综合影响决定的，也具有不确定性，是一个随机变量。通常所说的偏振模色散是多少，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原则。

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。

单模光纤在生产、安装和使用等过程中，由于温度或机械因素引起各种相移，因此两个相互垂直的偏振模的相对时延随时间发生变化；由于光纤熔接没有对准或光纤存在弯曲或微弯，因此总的输出光功率将有所起伏。这些都有可能引起噪声。光纤传输系统中使用的分光器在设计时应该对偏振不敏感。虽然由于光纤中基模传播路径近似于光纤的轴线而使光纤绕圈引起的弯曲损耗以及由熔接或定向耦合器不正常引起的损耗都不完全对偏振敏感，但单模光纤在使用时应注意避免各种可能的噪声源。

当光波传输速率较低和距离相对较短时，偏振模色散对单模光纤系统的影响微不足道。但随着对带宽需求的增长，特别是在10Gbit/s及更高速率的系统中，偏振模色散开始成为限制系统性能的因素，因为它会引起过大的脉冲展宽或造成过低的信噪比（SNR）。

偏振模色散指标的好坏，直接关系到通信质量，是评价光缆质量好坏的一项很重要的指标。无论是以往的进网认证，还是现在的泰尔认证，此项指标都被定为B类检验项目（有任意一项B类不合格项，则整缆就被判定为不合格）。同时，由于通信链路本身要求偏振模色散产生的时延差平均值必须小于系统1bit周期的1/10，这样才能保证信号功率损失在1dB以下，考虑到所测得的数据的正确性与准确性（与光缆长短有关），因此我们在测量此项指标时，要求厂商提供尽可能长的光缆或光纤，通常要求1.1km以上。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，Z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。