偏振模色散

形成偏振模色散的原因有光纖的內在原因和外在原因。通常,表現出來的只是內在原因和外在原因的綜合結果。在理想情況下,光纖是圓對稱的,不存在模式的極化取向問題,兩個相互垂直的本徵偏振模沿光纖以相同的速度傳輸,同時到達接收器。但是,在製造光纖的過程中,光纖芯不可避免地產生一定的橢圓度;在拉制光纖時,總是要在光纖中遺留下殘存的內部應力,從而,實際的光纖總是表現出雙折射性。這些不對稱性使光纖的折射率分佈與方向有關,這時,基模的兩個相互垂直的本徵偏振態不再簡併,它們沿光纖以不相同的速度傳輸,引起脈衝展寬。光纖芯的橢圓度可以很簡單地解釋兩個相互垂直的偏振態有不同的羣速度。由於在水平方向有效羣指數較大,因此水平方向偏振的模傳輸較慢,而在垂直方向有較小的有效羣指數,因此在垂直方向偏振的模傳輸較快。在傳輸一段距離後,兩個偏振模之間產生時延差。不管怎樣降低這些內在原因,並不可能完全消除偏振模現象。這是因為成纜和光纜敷設時產生的應力、光纜熔接或連接器等外在因素都要影響偏振模色散。 ^[2] 

與其它色散一樣,偏振模色散也要使脈衝展寬,從而提高數字通信系統的誤碼率,限制系統的傳輸帶寬。長距離數字通信系統通常工作於1550nm附近的第三窗口,因為在此窗口光纖衰減最小。對標準單模光纖來説,在這一窗口,由於色散較大,偏振模色散的影響可以忽略不計。但是,如果應用了高質量的DFB激光器或色散補償技術,則要考慮偏振模色散的影響。DFB激光器的線性帶寬很窄,相應地降低色散的影響。在通信系統中接入一色散補償器(DCM)可以得到實際的色散補償。通過專門設計色散補償光纖的折射率分佈可以使光纖在第3窗口具有較大的負色散係數,這一負色散係數可以補償標準單模光纖的色散。總之,在長距離、高比特率數字通信系統中,如果應用了色散補償技術降低了色散值,則偏振模色散的影響相應突出了。此外,由於偏振模色散的統計特性,迄今為止,還沒有任何方法可以補償它。如果激光器的線性帶寬不是很窄,色散的影響將較大,偏振模色散的影響可以忽略不計。但是,如果降低激光器的線性帶寬,則偏振模色散的影響就增大了。在圖8中,取偏振模色散值為0.5ps/km,因為這一值可能被接受為國際標準規範值(至少對陸地網絡是如此)。按照某些國際標準技術規範小組的觀點,當時延差達到1比特週期的0.3倍時,將引起1dB的功率損失。偏振模色散的瞬時值有可能達到平均值的3倍,這樣,為了保證功率損失在1dB以下,偏振模色散的平均值必須要小於1比特週期的十分之一。偏振模色散與通信系統比特率及傳輸距離的關係,當偏振模色散值為0.5ps/km時,在1dB的功率損失時,比特率為10Gb/s系統的傳輸距離可達400km。 ^[2] 

與對長距離、高比特率數字通信系統的影響不同,偏振模色散對短距離模擬通信系統的影響要複雜得多。這種影響是多種因素的綜合,在這裏,我們僅僅作一簡單介紹,更詳細的討論可見參考文獻。模擬通信系統性能的下降可能是由於偏振模色散、激光器啁啾(chirp)和元器件的與偏振相關的衰耗（PDL）之間的相互作用。PDL的含意是不言而喻的。激光器啁啾是在調幅(AM)系統中出現的激光頻率調製,啁啾參量描述了由於強度調製產生的最大頻率漂移。即使是設計相似的激光器,這一量也可能完全不同。對在有線電視(CATV)系統第2窗口應用的DFB激光器來説,其典型值在100至400MHz之間,偏振模色散、PDL和激光啁啾之間的相互作用將引起復合的第二階失(CSO),在信號中產生高階諧波,在傳輸通道之間出現邊頻帶,從而嚴重影響傳輸的質量。我們將在第二階諧波中的能量大小,即在基頻的2倍頻率處接收到的能量大小,作為信號質量的度量。很明顯,可接受的CSO值取決於傳輸通道的密度。目前,認為當CSO功率電平為-65dB左右或更小時,對60通道的CATV系統是足夠了。當不存在PDL時,偏振模色散必須要小於9ps,當PDL為0.1dB左右時,偏振模色散必須要小於8ps。當偏振模色散值為0.5ps/km時,最大允許的傳輸距離為324km或256km,取決於PDL大小。 ^[2]