如何进行偏振模散测量？

随着超高带宽长距离的单模光纤通信的应用，单模光纤偏振模散已经到了不可忽视的程度。在本书第1章中介绍了单模光纤的偏振模散特性，所谓的单模意味着传输一个基模（LP01模或HE11模），而这个基模实际上是由两个正交的线偏振模构成。由于光纤实际上都存在着纤芯不圆，内部的残余应力等不对称因素，以及诸如随机应力、温差，弯曲、扭绞、振动等外界因素的影响，导致两个正交线偏振模的传播常数不等，从而导致双折射现象的发生。由于存在双折射，两个正交线偏振模的传播速度不等，也就造成了两个偏振模的群时延差，这就是我们所说的偏振模散，如图9.2.16所示。

图9.2.16　光经过光纤后产生的脉冲时延

（图片参考康宁光纤介绍）

随机的外界因素导致随机双折射，快轴和慢轴以及两个偏振模之间的耦合也是随机的，因此得到的时延为在统计分布意义下的时延值。有两种方法定义光纤的PMD：一是用平均群时延差（或差分群时延）来表示；二是两个偏振模的传输时间的均方差。理论和实际研究表明，当两个正交线偏振模呈现强耦合状态时，即普通的较长光纤段，快轴和慢轴呈随机变化，偏振模时延值与光纤长度的平方根成正比，PMD的单位是。虽然普通单模光纤的偏振模散（PMD）小于，但对长距离无中继光缆通信系统来说，PMD将起到决定性的作用。

测量PMD的方法主要是采用波长扫描傅里叶变换法和干涉法两种，但波长扫描傅里叶变换法局限性在于：对激励光源的偏振态敏感；不适宜现场测量；高PMD测量要求减少波长的步进数和要求高的波长分辨本领；测量时间较长，且对光纤振动很敏感等等，所以实验室常用干涉法来测量PMD。(www.xing528.com)

干涉法测量PMD的典型装置，如图9.2.17所示。采用Mach－Zender干涉仪或光纤耦合器，或者二者都用。可移动的反射镜使两个臂之间引入可变时延，并且每个偏振态可同这个时延相配合。时延借助反射镜来扫描，扫描这个时延可以尽可能地得到光源的自相关函数。当不存在PMD时，自相关性测量得出的是光源相干时间的自相关性；PMD会增加光源的有效相干时间和自相关宽度，由此即可得出PMD的数值。

图9.2.17　干涉法测量装置示意图

图9.2.18　强耦合情况下的自相关函数

强模耦合时，PMD是高斯拟合的二阶矩，PMD随距离的平方根成反比。图9.2.18为强耦合情况下的自相关函数，。