一种在光纤偏振模色散测试中降低不确定度的方法

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一种在光纤偏振模色散测试中降低不确定度的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及光通信领域，具体涉及一种在光纤偏振模色散测试中降低不确定度的方法。
背景技术
[0002] 随着技术的进步，光通信的传输距离与传输速率迅速提高，并通过光放大与色散补偿技术逐步解决了线路衰耗以及波长色散对传输性能的限制，但是偏振模色散(PMD，Polarization Mode Dispersion)对传输性能的限制至今仍然没有良好的解决办法。当光信号注入到单模光纤中传输时，由于光纤尺寸与折射率对称性的差异、侧压力的变化以及光纤的弯曲影响，单模传输的光信号会分裂为两个正交偏振且具有传输速率差异的简并传输模。这种传输速率差就会造成传输信号脉冲的展宽，从而抑制传输速率与传输距离的提高。由于这两个正交偏振模在普通单模光纤的传输中会因对称、侧压、弯曲的变化而出现耦合和功率转移，且这种模耦合会随着波长、时间、温度、位置摆放等因素的影响而发生随机变化，所以其脉冲展宽就会出现相应变化，随时间缓慢变化。这种随机变化在长光纤传输链路中符合麦克斯韦分布率。也就是说虽然几率较小，但也有可能出现很大的瞬时值。这种随机变化的PMD影响给通信质量保证带来了不确定因素，也给了解系统的传输性能带来了不确定性。而PMD的平均值则可以表征其随机变化的规律性，准确获得平均PMD的参数值就是了解光链路性能并分析其对传输系统影响的一个基本技术手段。
[0003] PMD的测试方法有很多种，国际电信联盟电信标准化部门ITU-T G650.2(2007)和国际电工委员会标准IEC661282-9(2006)中介绍了单模光纤偏振模色散的定义和测量方法，规定了PMD的基准测试方法即斯托克斯参数测定法，还有替代测试方法：偏振态法与干涉法等测试法。
[0004] 其中，斯托克斯参数测定法是测量单模光纤PMD值的基准试验方法，它的测试原理是在一波长范围内以一定的波长间隔测量出输出偏振态随波长的变化，通过琼斯矩阵本征分析和计算，得到PMD的系数值。
[0005] 偏振态法是测量单模光纤PMD的替代试验方法，其测量原理是：对于固定的输入偏振态，当注入光波长(频率)变化时，在斯托克斯参数空间里邦加球上被测光纤输出偏振态(SOP)也会发生演变，它们环绕与主偏振态(PSP)方向重合的轴旋转，旋转角取决于PMD时延：时延越大，旋转角越大。通过测量相应角频率变化ω时在邦加球上代表偏振态(SOP)点的旋转角度θ，就可以计算出PMD时延。偏振态法直接给出了被测试样PSP间差分群时延(DGD)与波长或时间的函数关系，通过在时间或波长范围内取平均值得到PMD。
[0006] 干涉法的测试原理为：当光纤一端用宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的自相关函数或互相关函数，从而确定PMD。在传统干涉法仪表中，干涉图具有一个相应于光源自相关的中心相干峰。测量值代表了在测量波长范围内的平均值。在1310nm或1550nm窗口不同仪器都有一定的波长范围。
[0007] 但现有的测试方法都不能能够保证两次测试的结果具有较好的重复性。这就带来了对此参数的度量、性能影响、光缆制造与敷设技术的提高等诸多方面的困惑。由于光纤PMD随时间、温度、工作波长、摆放状态而变，所以为避免测试耗时过长，目前测量PMD都是对一个波段内的PMD进行测试，进而获得其波长平均值来认定其为链路平均PMD值。但是在不同的时间、不同的温度以及不同的光纤摆放状态下，两次连续的测试可能会获得相差很大的结果，那么哪个测试结果更为有效，怎样获得较低不确定度的测试数据，进而准确指导光通信的各相关环节就成为一个很重要的技术问题。
发明内容
[0008] 为了提高测试确定度，本发明提出一种在光纤偏振模色散测试中降低不确定度的方法，在待测光纤的输入端和光纤偏振模色散测试仪发射机之间加入偏振扰动控制器，并利用光纤偏振模色散测试仪进行测量，所述方法还包括：
[0009] A、在多次光纤偏振模色散测量中控制该偏振扰动控制器，使得多次测量中注入光纤的光探测信号的偏振态在偏振态邦加球上为均匀分布；
[0010] B、将各次测试结果依测试仪具体测试原理所限定的结果类型进行算术平均或均方根平均计算，得到待测光纤的偏振模色散。
[0011] 本发明第二方面还提出一种在光纤偏振模色散测试中降低不确定度的方法，在待测光纤的输出端和光纤偏振模色散测试仪接收机之间加入偏振扰动控制器，并利用光纤偏振模色散测量仪进行测量，所述方法还包括：
[0012] A、在多次光纤偏振模色散测量中控制该偏振扰动控制器，使得多次测量中输出到光纤偏振模色散测试仪接收机的偏振态在偏振态邦加球上为均匀分布；
[0013] B、将各次测试结果依测试仪具体测试原理所限定的结果类型进行算术平均或均方根平均计算，得到待测光纤的偏振模色散。
[0014] 本发明第三方面提出一种在光纤偏振模色散测试中降低不确定度的方法，在待测光纤的输入端和光纤偏振模色散测试仪发射机之间、待测光纤的输出端和光纤偏振模色散测试仪接收机之间均加入偏振扰动控制器，并利用光纤偏振模色散测试仪进行测量，所述方法还包括：
[0015] A、在多次光纤偏振模色散测量中控制该偏振扰动控制器，使得多次测量中注入光纤的光探测信号的偏振态以及输出到光纤偏振模色散测试仪接收机的偏振态分别在偏振态邦加球上为均匀分布；
[0016] B、对每一种输入/输出偏振态的组合情况均进行一次偏振模色散测试[0017] C、将各次测试结果依测试仪具体测试原理所限定的结果类型进行算术平均或均方根平均计算，得到待测光纤的偏振模色散。
[0018] 在上述方法中，对于利用基于斯托克斯参数测定法、偏振态法或对弱模耦合光纤的固定分析法的测试仪的测试结果进行算术平均计算，对于利用干涉法或对强模耦合光纤的固定分析法的测试仪的测试结果进行均方根平均计算。
[0019] 在上述方法中，所述偏振扰动控制器是采用光纤环型的、玻片型的或光电晶体型的。
[0020] 通过本发明提出的方法，用较短的时间，通过简单的装置就能够获得更高的平均PMD测试精度。
附图说明
[0021] 图1是本发明所述方法的测试装置原理图；
[0022] 图2是具有偏振控制器的测试装置；
[0023] 图3是偏振扰动器后置的测试装置；
[0024] 图4是双偏振扰动器的测试装置；
[0025] 图5是采用单端PMD测试仪的测试装置。
具体实施方式
[0026] 以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0027] 实际参数测试过程中，为保证测试稳定性，一般要求光纤摆放稳定，并进行波长或时间平均。然而由于PMD随时间的变化为慢变化，所以大多仅对波长进行平均。表象上看偏振模色散随时间、温度、波长、摆放状态的变化而随机变化，而实质上上述这些因素都是通过光纤几何尺寸、应变、折射率分布的对称性的以及弯曲影响进而影响到光信号的简正模分裂及其耦合关系而产生的。通俗的说就是光纤内的光信号偏振态的变化致使PMD产生随机变化。测试PMD的波长平均除了可以了解该特定波段的PMD参数性能外，还有一个很重要的作用就是解决PMD随时间缓慢变化带来的平均测试的困难，所以通过对波长的扫描来实现在较短的时间内完成对光纤中较多偏振变化状况的分析，进而降低测试数据的不确定度。然而从目前的测试技术来看，光纤尾纤摆放位置的变化对测试数据仍然具有很大的影响，两次测试数据有可能相差一倍以上。由此可见仅对波长进行平均仍然难以获得高精度的测试结果，波长变化所产生的偏振变化难以囊括光纤内偏振变化的各种可能。要提高平均PMD的测试精度，降低其不确定性，就应该使光纤内的偏振态变化尽可能多地遍历各种可能出现的变化情况，从而获得更为准确的平均值。由于测试仪表的工作波长限制，以及时间慢变化特性，所以采用提高波长扫描范围的以及延长测试时间的方式都不太可行，而改变光纤摆放状态对光纤内的偏振状态又难以具有较好的可控性，所以本发明提出以偏振扰动控制器来实现可控的偏振态遍历，结合偏振模色散测试的波长平均来降低偏振模色散测试的不确定度。
[0028] 本发明所述方法的一个实施例的装置基本构成如图1所示，在双端PMD测试仪的发送端，将光偏振扰动器接入到测试仪的发送机与待测光纤输入端之间，用偏振扰动器将稳定的偏振光探测信号在每次PMD测试前修改其偏振态，使得每次测试注入光纤的偏振态都不一样。通过控制偏振扰动器从而达到控制输出光探测信号的偏振态，使得多次测量注入光纤的光探测信号的偏振态在偏振态邦加球上为均匀分布。将在每一种输入偏振态下测量的PMD值依测试仪具体测试原理所限定的结果类型进行算术平均或均方根平均计算。其中，以斯托克斯参数测定法、偏振态法以及对弱模耦合光纤的固定分析法所测得的偏振模色散为平均PMD，所以在由上述方法进行PMD测量的前提下，对多次测量结果进行算术平均计算。而由于以干涉法以及对强模耦合光纤的固定分析法所测得的偏振模色散为均方根PMD，所以在有上述方法进行PMD测量的前提下，对多次测量结果进行均方根平均计算。本方法通过控制使得多次测量的光探测信号的偏振态在邦加球上均匀分布，并对多次测量结果进行平均运算，从而获得更低测试不确定度的PMD数据。
[0029] 现有的偏振模色散测试仪依仪表与待测光纤的位置关系分为单端型与双端型，双端型测试仪将测试信号的发送与接收分别置于待测光纤的两端，是目前PMD测试的主要使用方式。而单端型测试仪仅与待测光纤的一端互联，其测试信号发送进光纤后通过反射或散射在光纤的注入端接收回馈的信号并进行分析处理。
[0030] 在测试仪的信号发送端包含有一个偏振控制器的前提下，在测试装置中可以省略偏振扰动器，如图2所示。直接通过偏振控制器使各次测量注入到光纤里的信号偏振态在偏振态邦加球上为均匀分布。然后将各次测试结果依测试仪具体测试原理所限定的结果类型进行算术平均或均方根平均计算。
[0031] 在偏振扰动器置于信号发送端使得控制不太方便时，也可以将偏振扰动器后置，如图3所示。使待测光纤的输出信号先输入到偏振扰动器进行偏振扰动，然后再注入到PMD测试仪的接收机输入口。
[0032] 若需要进一步降低测试数据的不确定度，还可以采用双偏振扰动器的配置，如图4所示。在待测光纤的输入端和输出端与测试仪的接口之间各接入一个偏振扰动器。以PMD测试仪发送机中的起偏器偏振轴与发送端偏振扰动器构成光纤输入偏振态，接收端偏振扰动器与PMD测试仪接收机中的验偏器偏振轴构成光纤输出偏振态。测试方法有两种，方法一是设置三种输入偏振态，使它们在偏振态邦加球上相互正交，且每个输入偏振态各对应三个输出偏振态，此三个输出偏振态在偏振态邦加球上相互正交，即共测试9个数据，然后依测试仪具体测试原理所限定的结果类型进行算术平均或均方根平均计算；另一种方法则是使输入偏振态与输出偏振态分别在偏振态邦加球上均匀分布，然后将所有输入输出偏振态组合情况下所测的PMD进行算术平均或均方根平均。
[0033] 若PMD测试仪为单端类型，则仅需一个偏振扰动器，如图5所示。测试方法仅需控制偏振扰动器使注入到光纤中的信号偏振态在偏振态邦加球上均匀分布即可，然后将所有偏振态下的PMD测试数据依测试仪具体测试原理所限定的结果类型进行算术平均或均方根平均计算。
[0034] 上述各种试验方法中偏振扰动器可以采用光纤环型的、玻片型的，也可以是光电晶体型的或其它类型的偏振扰动控制器。
[0035] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含于本发明的保护范围之内。