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拉丝扭转轻松降低光纤PMD
 
慧聪网   2005年12月5日14时18分   信息来源:通信产业报    


  偏振模色散(PMD)是限制光传输网络向高速率、长距离、高容量的方向发展的主要因素,因此越来越受到了网络运营商的关注。

  导致PMD增大的原因较多,如光纤本身的几何不对称、光纤受到的外力不对称,都会影响单模光纤中的两个偏振模以不同的速率传播,最终导致脉冲信号分裂或变宽,从而限制了信息高速率的传播。

  对于数据网络系统能够承受的PMD值是10%的比特同期,换算过来就是:

  2.5Gb/s的系统对应40ps

  10Gb/s的系统对应10ps

  40Gb/s的系统对应2.5ps

  所以,网络的传输速率越快,其对PMD值的要求就越严格。另外对于模拟信号系统,PMD增大也会导致模拟信号变形,对于60信道的模拟系统,PMD要小于4ps才能够保证信号的传输质量。因此,不管是数据网络系统还是模具拟系统,对光纤的PMD值要求都很苛刻。

  在过去的十几年里,科学家就对PMD进行了大量的研究与实验,就如何降低光纤的PMD做了大量的工作。对于PMD的改善主要有两种方法,第一种是提高光纤的折射率及应力的对称性,这种方法的关键是要控制现存的光纤生产工艺,保证生产出的光纤具有较好的几何对称性及减少光纤所受到的应力。第二种方法就是在光纤生产过程中扭转光纤,人为地加入可控制的光纤双折射分布,此种方法是20世纪90年代开始应用于光纤生产的,而且被证明是降低光纤PMD的有效方法。

  光纤的双折射及PMD

  在单模光纤中传播的模分为两个相互垂直的两个偏振模,两个偏振模以不同的演变常量β1、β2在光纤中传播,两者之差可以用来定义光纤的双折射Δβ:Δβ=β2-β1

  光纤的双折射也可以描述为拍长LB:LB=2π/Δβ

  拍长的意义可以理解为:光的偏振态在传播了距离为LB后会重现原来的状态。由于光纤双折射的存在,两个偏振态会以不同的群速率传播,这就会产生群时延(DGD),某一段光纤的PMDγω可以定义为在这一段内光纤的DGD:γω=(dΔβ)/(dω)

  ω是光波的角速率,对于一根没有随机模耦合的、有着均匀双折射的光纤,光传播过程中产生的DGD与光纤长度成正比:τ=γωL

  但此公式只适用于短光纤,对于长光纤来说,由于存在随机的动态不平衡及随机的模耦合,其DGD不能简单的通过此公式算出。所以,一般对长光纤的DGD的计算要运用到模耦合及统计工具,经过理论论证,长光纤或有模随机耦合的光纤的DGD值与长度的平方根有关:τ=γω(h×L)1/2

  h是模耦合长度,可以理解为在光纤中耦合发生的频率。由于单模光纤的双折射是比较小的,所以,基于随机的模耦合理论可以用来描述光纤的双折射机理,这就是JONES矩阵耦合模式原理,也是描述光纤PMD及用来指导拉丝扭转的原理。

  光纤的扭转思路

  光纤扭转有两种思路,一种是旋转预制棒,另外一种是直接扭转光纤。旋转预制棒的概念是20多年前由Barlow在他发表的《Birefringence and polarization mode-dispersion in spunsingle-mode fibers》论文中提出来的,其原理是通过一定的角速度旋转预制棒,给光纤加入可控制的双折射,达到优化PMD的目的(见图一)。但是这种方法一直没有得到规模化的应用,因为这种方法只能适用于拉丝速度较低的拉丝技术,对于高速拉丝,操作很难。同时在20年前,网络的传输速率低于2.5Gb/s,在这样的传输速率下,PMD不是网络传输的主要问题。

  直接扭转光纤是在十几年前由Hart在1994年3月29日发表的《Method of making a fiberhaving low polarization mode dispersion due to a permanent spin》[2]论文中提出来的,在拉塔中安装一个光纤扭转装置FSU(fiber spin unit),此装置可以直接地扭转光纤,此种方法得到了较普遍的规模化运用。

 
作者:沈一春,蓝燕锐 
 
 
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