波长扫描法测量光纤偏振模色散研究

引言

作为现代长途干线通信主体的光纤通信一直朝着高速率、大容量和长距离的方向发展.在单信道速率不断提高(现已发展到10Gb/s,正向40Gb/s发展)的情况下,偏振模色散(PMD)对系统的影响越来越明显.偏振模色散与其他色散一样也会限制系统的传输带宽和传输距离,使脉冲展宽,增加数字通信系统的误码率.正是由于偏振模色散对高速大容量通信系统有着不可忽视的影响,因此必须对光纤的偏振模色散进行检测,越来越多的光纤生产厂家也将偏振模色散列为出厂达标标准之一.偏振模色散的测量方法按照其定义可以分为:时域法和频域法[1, 2].时域法是测量光纤输出端的输出光的自相关函数的均方根宽度δτ来度量偏振模色散的大小;频域法则测量光纤输出端的输出光的两个偏振主状态之间的DGD(群时延差)〈Δτ〉作为偏振模色散的度量.

本文报导基于波长扫描法[2]而改进的一种光纤偏振模色散测量装置,该装置大大提高PMD的可测范围,所测的单模光纤长度长可以至几公里,短可以至几十米,甚至几米;这种测试系统具有操作简单,成本低的特点.在采用极值密度法计算PMD时,噪声引起的极值点将会使计算结果产生偏差,影响测量结果的测量精度.因此我们通过设定极值点阈值的方法来比较有效地去除噪声引起的影响.

1　光纤偏振模色散的测量

偏振模色散是波长的函数,与光纤中存在的双折射息息相关,且它对外界的温度和光纤所受的应力等非常敏感[3].因此在实际测量中常取它的平均值〈Δτ〉来度量大小,这一平均值可以是对不同波长的平均;也可以是对不同时间的平均.波长扫描法常用的测试装置有两种布局,一种是用可调谐激光器作为光源,检偏器后用探测器进行接收;另一种是用LED作为光源,检偏器后用光谱仪进行接收.改进的测试装置如图1所示,将钨灯和单色仪组合成可调谐光源,以此增加了波长可调谐的范围,使光源的带宽不再是制约系统可测的光纤的最小PMD的因素,而仅仅取决于被测样品的工作带宽.

改进的波长扫描法PMD测量装置通过光纤的光束经过检偏器入射到探测器,探测器探测到的能量是光频的函数.检偏器输出的光束能量与入射进检偏器的光束能量的比值在不同波长时,形成一条透射光谱曲线[4, 5]

上式中p是Stokes空间单位矢量,方向指向检偏器的输出光轴方向,s(ω)表示检偏器输出光束偏振态的Stokes空间单位矢量,从式(1)中可以看出T(ω)∈[0, 1].

在计算PMD时,我们采用了极值密度法.

上式中k是耦合系数,无模式耦合时k=1;强模式耦合时k=0. 81~0. 85[6],Ne是透射谱曲线上出现的极值点的个数,λ1和λ2是扫描窗口的起止波长,c是光速.