偏振模色散对单模光纤系统的影响

　　一、引言和背景

　　 　　近年来，为满足日益增长的带宽需求，光纤通讯系统已取得了巨大的进展。

　　 　　单模光纤(SMF)系统性能的主要限制因素包括衰减、色散和非线性，以及最近引起注意的偏振模色散(PMD)。

　　 　　对于操作在1310nm窗口的传统单模光纤系统，由光纤衰减引起的光功率损失限制了系统的传输距离。在此波段中，单模光纤具有零或非常低的色散，系统的传输速率也较低，且操作在单一波长上。在高传输速率、长距离的应用中，更多的系统操作在衰减较低的1550nm窗口。光放大器的发明以及激光源和接收器的改进，促使了长距离、高速率密集波分复用(DWDM)系统的应用。在这些系统中，色散和非线性成为主要的考虑因素。为了减少色散和非线性对系统性能的限制，非零色散位移光纤(NZ-DSF)相继推出，例如康宁公司的LEAF(大有效面积非零色散位移光纤)。

　　 　　这些新型光纤以及色散管理技术，已被有效地应用于商用单模光纤系统中。

　　 　　激光发射器和接收器技术的发展，对光纤的要求已日趋其理论极限。PMD也成为长距离、 高数据率(>10Gb/s) 数字系统和放大调频模拟(>1GHz)图象传递系统的主要限制因素之一。

　　 二、 PMD简介

　　 图1 两个偏振模不同的传输速度导致PMD

　　 　　在单模光纤传输中，光波的基模含有两个相互垂直的偏振态。理想光纤的几何尺寸是均匀的,且没有应力,因而光波在这两个相互垂直偏振态以完全相同的速度传播,在光纤的另一端没有任何延迟。然而,在实际的光纤中,两个相互垂直的偏振模以不同的速度传播，因而到达光纤另一端的时间也不同(图1)。这两个相互垂直的偏振模在单位长度中的时间差,即是PMD，其单位为ps/√km。