【YD通讯标准】 光缆线路性能测量方法 第3部分:链路偏振模色散

ICS33.180.10
中华人民共和国通信行业标准
YD/T 1588.3-2009
光缆线路性能测量方法
第3部分：链路偏振模色散
Measurement Methods for Characteristics of Optical Fibre Cable LinePart 3: Polarization Mode Dispersion for Optical Cable Link2009-06-15发布
2009-09-01实施
中华人民开和国工业和倍息化部发布前
1港闹
范性引用文件
术语和定义·
缩略路语
测量方法与摄述
测量条件与要求
干涉法，
8固定分析法
9斯托克斯参数测定法
附录A（资抖性附录）偏握模色散测量方法在不同应月场合的适用性附录B（规范性附录）平涉法的数据分析与汁算…附录C（规范性附录）固定分析法的数据分析与计算附录D（规范性附录）斯托克斯参数测定法的数据分析与让算附录E（资科性附录）
十涉头测量偏振模色蔽拍计算
参考文献
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YDT1588“光缆线路性能测量方法》分为以下几个部分：第1部分：链路减；
一第2部分：光纤接头损耗：
一第3部分：链路偏振模色散：
第4部分：链路波长色散：
本部分为YD/T1588的第3部分。
本部分参考了IEC61280-4-4：2006光纤通信子系统测最规程第4部分：光缆生*与已安装链路偏振模色散测量》、EC61282-9：2006≤光纤通信系统设计指南一第9部分：偏握模色散测量与理论指南》利ITU-TG.650.2《单模光纤光缆统计与非线性相关属性的定义和试验方法》（2007），并结合我国实际情况而制定。
本部分的附录B、附录C、附录D为规范性附录，附录A、渐录E为资料性阴录。本部分由中国通信标准化协会提山并归。本部分起草单位：武汉邮屯科学研究院、北京通和实益电信科学技术研究所有限公前、江苏亨通光电股份有限公司、大唐电信科技产业集团、长飞光红光缆有限公司、北京康宁光缆有限公司本分十要起草人：雷非、陈永诗、宋志佗、吴重阳、藤梦驰、王、翔、程淑玲、张莉1范围
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第3部分：链路偏振模色散
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YD/T1588-2009的本部分规定了光缆传输链路光纤偏振模色散的测量方法、测量系统，测量程序，让算方和结果处理。
本部分适用于二钒化码系单模光红光缆链路偏振模负散的测景，即出GB/T15972.1-2008中规定的B类光红所纠成的光传输链路。它们可以是已经铺设熔接互联的为缆线路，世可以是光通谱收发设备之间的光通路，或者是其中的一部分。链路可以包含其他光学元件，如光放人器、WDM器件，合波等2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘炭的内容）或修订版均不适用了本部分。然而，鼓缺根据本部分达成办议的各方究是否可使用这些义件的最新版本。凡是不注日期的用文件，其最新版本适用了本部分。GB/T 15972.10-2008
3术语和定义
纤试验方法期范第10部分：测量万法利试验程序一总则(1HC60793-1-1：2002，MOD)
下列术活和定义适用本部分
平均偏振模色散差分群时延MeanPMDDifferentialGroupDelay平均偏振模色散券分群时延是在光频范围（计~以)内主偏振态差分群时延A式切的平购值川公式（1）表示：
PMDAVC=
光频率；
，V分别为频率范困上，下限。
r.m.s.PMDDifferentialGroupDelay均方根偏振模色散差分群时延
均方根偏振模色散差分群时延是在光频范图(V~V)内主偏振态差分群时延△以的均方根值用公式（2）表示：
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PMDKMS =2/2
式中：
光频率；
V、V2—分别为频率范围上、下限。3.3
偏振模色散系数PMDCoefficient(2)
偏振模色散系数是对单位长度光传输链路的偏振模色散的度量，用PMDc表示。应区别两种情况，见公式（3a）和（3b)。
弱偏振模耦合（短光纤）：
PMDc=PMDAYG/L，PMDRMs/L(ps/km)强偏振模耦合（长光纤）：
PMDc=PMDAvc/ L,PMDRMs/L (ps/Vkm )式中：L为光红长度。
注1：对大多数已数设的长度大于2km的光缆段，均会发生强偏振模模耦合。一般情况下，DGD是波长、时问的随机雨数随光纤不同而随机变化，因此，火多情说下，PMD,必须用式（3b）计算。注2：对高双折射光纤或器件，儿乎没有或仅有很弱的偏振模模耦合，DGD没有统计分布的特性，典型情况下足一帝数，PMD,必须用式（3a）计算。3.4
偏振相关损耗PolarizationDependentLoss编振柑关损耗（PL）是光器件戴系统在所有偏振状态下拍最大传输功率差值。毛是光设备在所有偏振状态下最人传输功率和最小传输功率的比率，以dB为单位。PDL定义用公式（4）表示：Tmaet
PDL=log
其Tmax和Tmin分别表示测量器件（DUT）的最大传输功率和最小传输功率。3.5
偏振度Degree of Polarization(4)
偏振度（DOP）描述了偏振光在总光功率4所占的比重，数值定义为偏搬光功率与总光功率（偏振光功率与非偏振光功率之和）之比用公式（5）所示：DOP-
Pe（Pm罪+P非偏期）
注：完全偏操光的DOP为1，完全非偏振光的DOP为0。而部分偏振光可唯一地分解为自然光（非偏光）和完全偏振光两部分之和，偏振度即为其中完全偏振必部分强度占总强度的比例，因此，对部分偏振光有0缩略语
下列缩略语适用下本部分。
5测量方法概述
amplified spontaneous emissiondifferential group delay
degree of polarization
fixed analyser
fourier trauisform
full width of haif maximum
general interferometry analysisinterferometry analysis
jones matrix eigenanalysis
light emitting diode
polarization dependent loss
polatization mode dispersionpoincare sphere analysis
principal state of polarization stale of polarization
stokes pararleter evaluationtraditionalinterferometry analysisYD/T 1588.3-2009
光放人自发辐射
差分群时延
偏振度
固定分析法
傅文叶变换
平幅全宽
常规干涉分析
干涉分析
琼斯短阵本征分析
发光二极管
偏握相关损耗
偏振模色
邦加球分析
主偏振态
偏振念
斯托克斯参数测定
传统下涉分析
本部分侧重于已安装的光缆传输链路偏振模色散测量，对丁未成缆光纤以及出！光缆的偏振模色散测量参见GB/T18900-2002《单模光纤偏振模色散的试验方法》实际工程传输链路可能内为传输距离较长或链路衰减太人等因素而使链路包含色散补偿器、光放大器、WDM光件以及其他光器件，对包含有光放人器的链路，由丁光放人自发辐射（ASE）噪声会闲测量波长信号附近的噪市影响而降低检测号的偏振度，从而影响测量准确度，所以有必要在测量接收端增加光学滤波器或也滤波器的办法来适当缓解这一问题。只是自光滤波器无法去除与信号谱重登的ASE噪，所以如果滤波器的谱宽与于源的带宽相比不能足够小就难以提尚信号的偏最度，从而限制测量能力或者因为噪声太大而使得测量结果无法正确识别。各和测量方法均无法测量PDL>10dB的链路偏振模色散，只有PDL<1dB的情况卜才能保证!M!的测准确度。在PDL>IdB时，则会对测革推确度造成影响。本学分推荐3种测昂方法，每种测最方法都有相关的数分析方。泌法(INTY)
一——传统分析（TINTY）；
一常规分析（GINTY）
？固定分析法（FA）
：傅立叶变换分析（Fr）
）斯托克斯参数测定法（SPE）
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—琼斯矩阵本征分析（JME）：免费标准bzxz.net
一郝加球分析（PSA）。
干涉法出于具有较强的测试条件适应性而成为链路PMD的主要测量方法。其测量原理是以偏振宽带光源注入待测光传输链路，在输出端用下涉仪通过干涉图分析经过链路传输后的信号时延差的关系，从I而确定PMD。此测量法分为两种测量与数据处理方法，一种采川简单的干涉仪，称为TINTY，另一种修正了TINTY中对一些测量条件的限制，称为 GINTY。此方法的测试值代表了在测波长范围内的均方根平均值。
常规干涉分析法相对丁传统干涉分析法士要的区别在于：不要求设定待测链路为理想的随机模耦合；不要求光源的光谱曲线为高斯分布：不要求假定链路PMD比光源自相关函数的究度大。平涉法的主要优点是测试速度快，设备体积小，特别适合于现场使用。周定分析器法又称为波长扫描法，其测量原理是，当输入光偏振方向保持固定而波长变化时，输出光场PSP方向也会发生变化，通过一固定分析器（部验偏器）将偏振态随波长的变化转化为具有峰谷起伏的输出功率随波长的变化，根据输出功率谱与群时延差的关系就可确定PMD。此方法可以在测量波长范围内（典型几百纳米）得到一-个单次测量的平均值。它仅要求一个输入偏振态，并以周定分析斯托克斯久量一个功率元素的轨迹变化关系。在以傅立叶变换处理这些数据时，其结果为虚拟半干涉法，其评估结果类似下干涉法的传统分析法。斯托克斯参数测定法可以测量窄带光谱区域的偏振模色散，它通过监蓝测链路输出的偏振态（SOP）随波长的变化，利川琼斯矩阵木征分析（JME）或邦加球（PS）上偏振态欠量的旋转变化来计算链路的PMD。固定分析法与斯托克斯参数测定法在测试架空光缆时如果出现光缆振动，就会破坏测试数据，振动会导致DGD数据变动，而提高测试速度则可以减小这一影响。千涉法由于采用宽带光源，并用下涉法来推算时域的PMD，所以较为适川于这种测量情况。斯托克斯参数测定法在测量期间要求光源与接收机之问进行通信与协调，所以要求在测试链路的两端之间建立辅助的通信信道，此通信信道可以是此测试链路本身，也可以是其他通信通道。而固定分析法与十涉法的收发设备可以分离，由于它们在测试过程中无须协调上作，所以不必建文通信信道。只是十涉法不能提供独立波长的DGD测试值，它只能针对整个光源波长谱提供DGD均方根平均。在光缆传输链路中包含有光放大器时，则光谱范围受光放大器的工作通带影响。而在链路中包含窄带光滤波馨件（如DWDM的合波分波器）时，斯托克斯参数测定法更为有效。
各种测量方法在不同应用场合下的适用性参见附录A。它们对短光纤和长光纤均适用。但仅限于波长大习或等下光纤有效单模工作的波长，除传统十涉法要求待测链路为理想的随机模耦合外，其他测量法与偏振模耦合程度无关。
对出多段光红组合的光传输链路，DGD值的随机分布近似为麦克斯韦分布函数。假定它符合理想的麦克斯书分布，则PMD的线性平均与均方根的关系由公式（6）表示：8)1/2
PMDAVG=[3元】
PMDRMS
在这种情况下，对应于平均DGD，链路最天DGD 需要取3～4的倍率（参,见YD/T1634-2007《光4
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传送网（OTN）物理层接口》的7.2.3.7节）。此倍率依赖了麦克斯市分布的假定，它反映出分布函数具有很长的拖尾。但麦克斯韦分布并不适用于安装有高双折射元件的光通路或弱模耦合的光链路，在这种情况下，DGD的分布就会相对集中，从而可以诚小使用的最大DGD倍率。6测量条件与要求
6.1测量环境
测量应在环境温度5℃~~+30℃条件下进行。如果测量仪表的使用说明另有规定，还应满足其规定。6.2光源与起偏器的公共要求
光源在要求的波长上婴有充分的辐射和稳定的强度以满足测量要求，且波长接盖范围要与关心的PMD测量通带相适应，对所有测量方法，在将信号注入到光纤进行测量之前要求光源偏振在一个或多个已知偏振态上。起偏器、偏娠调整器月波片，石英延迟片，环形双折射光纤的机械运动或电光晶体装置在测试时可用于设置输入光纤的光源偏娠态，以便于测试时分桁光纤输出信号的偏振轴。当仪表使川窄带可谢光源时，光源的有效谱宽（对高斯谱为最大半高全宽，FWHM）要足够窄，以使得形成的光纤残余偏振在所有测量条件下对全部的DGD值都能测量，输出光的DOP应达到90%，量然DOP低到25%时仍然可以进行测量，低测量准确度会降低，对」一给定的DGD值△，要求的最低DOP（%）公式（7）给出：xPl- (neaiwm/
DOP-100-exP
一光谱中心波长：
℃一—真空中光遗：
AT一-给定的 DGD 值;
AAWIM—光谱泽幅金宽度（FWHM）。6.3单模尾纤
可以使用一个连接尾将光倍号注入到链路以及将链路信号导入到探测器巾。要求在整个测试过程小纤连接稳定。在整个测试期间，被测试样和尾纤所处环境温度应保持絶定，应避免对光纤和光缆施加外部应力，其位置及其状态应保持固定，避免运动。6.4包层模剥除器
应使月种装置以剔除链路光红中的包层模，对丁光幻涂敷层也有问样的性能要求。多数情况下，光纤涂层折射率等丁或人丁光纤包层折射率，光纤涂层就可起到包层模剥除器的作爪，6.5高次模过滤器
要求测量波长大了或等小链路截1.波长，并应采取有效办法去除高次传输模，“般个半径30mm的弯谢环就可以满足要求，
6.6探测器
光探测器应工作在光强、波长利测量次数均为线性利稳定的性能区域。典型的探测系统可能包括有斩波器/锁相放大器的同步探测，一个光功率计、光谱分析仪、干涉仪或一个偏振仪。5
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6.7计算机
需要使用一台计算机米执行仪表控制操作，以获取测试数据，并进行数据处理以获得最终结果。7干涉法
7.1测量系统
7.1.1 测量装置
T涉法的基本测量装置主要由宽带偏振光源与干涉分析仪两大部分组成，如图1所示。宽谱偏振光源的输出信号Ss(v)注入到待测光纤链路中，其偏振态为S。，链路的输出信号以Sarv)表示，其偏振态为3(V)；而验偏器的传输轴为s，，以S(v)表示通过验偏器输入到干涉仪的输入倍号：于涉仪输出的光功率时延函数的交变部分则以P(T)表示。
宽带光源
特女娱
偏薇悉
-!+[ S
彈立叶变换
系数总和
验偏器
于涉仪
于涉条纹
自捐关
时廷()
图1采用干涉测蛋法的偏振模色散测量的一般性装重对于传统下涉分析法，干涉图包络为交变部分的绝对值。对丁常规干涉分析法，获得互相关与白相关包络测需要一些附加计算。这些计算针对两个由双正交偏振态分析器输出的测诚干涉图进行。典型的传统十涉分析测量装置与常规干涉分析测量装置的原理图分别如图2a与图2b所示。验偏器
测量能路
起谁器
连接器或熔接
反射镜
蜗合据
图2a传统干涉分析法原理框图
移动反射镜
条纹包路
探测器
控制器
7.1.2光源
起偏器
偏振态扰动器
振差异
探测器
图2b常规干涉分析法原理框图
敬偏器
偏据束
分商器
-涉仪
条纹 Pe()
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对丁传统干涉分析法，其振宽带光源为在科关测景波长辐射的发射管，它可以是LED或者超荧光光源。其心波长费包含1310mm或1550mm窗口或任何其他关心的窗，其光谱形状类似下高斯型，发送光不能有能够影响自相关功能的波动。光源的FWIIM典型值是60mm~80mm，其光源线宽（也可称为LED谱宽）必须清楚地由相干时问米计算，它由公式（8）决定：teh =
武中：
希—光源中心波长；
—光源线宽：
C一真空中光速。
带规十涉分析法对光源的光谱没有要求。7.1.3偏振器
偏振器应对光源整个波长范围内的光偏握。7.1.4光束分离器与偏振光束分离器(8)
光束分离器来将入射的束偏振光分成两束，使其分别在千涉仪的两个中传播。它可以是一只光耦合器，也可以是只直角光束分离器。偏振光束分离器月于由工涉仪的输出偏振信号中分离出两个相互正交的偏振念（处于在邦加球的两对文点），由此两个相互正交的偏振态所构成的干涉图应可以计算出独立的自相关与五相关函数，即偏振光束分离器表现为一个偏娠分波俭测系统，这也意味着其他具有正交输出偏振念以获得干涉图的器件均川使用。
7.1.5干涉仪
十涉仪一般置于待测光纤链路米端，它可以是卒气型的，也可以是光纤型的。可以采川迈克尔逊（Michelson）型下涉仪或马赫一曾德（Mach-Zehndler）型十涉仪1/4坡片可以用丁移动T涉仪的自和关峰值响应。尽管寻找在整个光源光谱范围内企都能提共相同1/4波的装片1-分困难，但它可以有效完成口相关峰值的移动。
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7.1.6偏振扰动器
7.1.6.1扰动装置与目的
偏振扰动器由可控偏振扰动器与控制器组成，并在待测链路的输入输出端各存一个，这样其输入偏振态与验编器的轴（输出偏振态）的差就可以在干涉仪扫描期问进行设置。可以选择多种输入输出偏振态以获得更完整的十涉分析包络，相对于单个输入/输出偏振态而言，就可以获得平方包络的平均，在包含有随机模耦合的光缆链路，单次测试往往难以狱得携确的链路PMD系数、相对丁单个设置，多种设置可以获得更高内测最准确度。原则上扰动处理可以遵照下述方式进行。一输入偏振器紧接者扰动器构战一个单元，此等效偏振器的轴可以由朽加球的任意点来定义输入偏振态：
一：扰动器紧接着验偏器构一个等效验偏器，其轴设置在邮加球的任意点上以定义输出偏搬态。输入偏振态的一个设置与验偏器的轨组合标记为一个输入输出偏振态。其目的在丁获得平方包络的平均，而平均要对输入输出偏振态均覆盖。7.1.6.2九态穆勒设置
遵守9个特殊输入/输出偏振态的9个平方包络之和严格等效十均勾扰模平均平方包络，这9个输入/输出偏振态为：验偏器的3个轴构成个邦加球上的百角三面体：对丁验偏器的每个偏振态，3个输入偏振态同样构成一个邦加球上的直角三面体。7.1.6.3均匀格点
如米以买用波片，旋光器等器件，那么输入/输出偏振念扰动就可以采用在邦加球上的均匀间隔点的方式完战。
7.1.6.4随机扰动
一·拉描扰动：每次扫描时白动或人工设置扰动一一连续扰动：平方包络做合计时，扰动可以在扫捕时进行。自动扰动被设置于在时间函数上覆盖连续球面：
一快连单扫描扰动：妇扰动足够快，在单次扫描中就可获得足够好的扰动平方包络。但是这要求能够避免干涉图中直流分与交流部分之间的串扰，7.2测量程序
7.2.1校准
测量装置应进行校准，可采用已知PMD的高双折射光纤进行饺游，也可以采用多个已知高双折射光纤的避接链路述行梭。必娶时，仪表也露耍逊行光功率校零。7.2.2常规操作
7.2.2.1清洁光红耦合端面，将待测链路的-端耦合到具有偏振输湛的光源输出端，另一端耦合到干涉仪输入端，可以采月标准的光纤连接器、熔接或光纤对系统逛行连接。如果使用后若，可以采旧折射率匹配汕以降低反射。
7.2.2.2将光源的输出功率调整到检测系统的正常接收范围。为获得更为明显的条纹，干涉仪两臂的光功率要尽可能相等
7.2.2.3根据仪表测量设定要求，选择测景丁作波段以及待测光红类型（或PMD耦合模式类型）7.2.2.4移动下涉仪光臂的反射镜，记录光强随光臂移动的变化8
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7.2.2.5采用常规于涉分析法测试时，在不充分模耦合或低PMD的情况下，需要对不同的偏娠态进行重复测量或在测量时调整偏振态，以获得覆需所有偏振态的平均。在测试仪不具备白动偏振态扰动的情况下，宜采用扰动器进行偏振态均匀格点设置或九态穆设置进行重复测量。7.3计算与分析
干涉法的数据分析与计算方法见附录B。仪表存计算结的直接融示时，则直接记录测试数据，7.4结果
测量结果应给出以下内容：
中继段名称、链路标识
测量方法与测最装置：
-链路长度：
-PMD值（ps）和偏振模色散系数PMD,值（ps/vkm或ps/kim）：一测量波段或试验川光源类型、中心波长、光谱半幅个宽：偏振模耦合类型：
多次测中重复测岚次数（带要际）：试验！期、时间和操作人员：
环境溢温度和相对湿度。
8固定分析法
8.1测量系统
8.1.1测量装置
固定分析偏振模色做测量泌为频域测量法，其波长描部件可以置于光信号发送端，也可以置丁信号接收端，信号接收可以采用光功率检测，也可采用偏振计检测，故而其测量装置有3种表现形态，分别如图3a、图3b、图3c所示。
改色仪
白烟灯透镜
宽带光源
新按群
起偏器
锁相放大
激量链路
验编器
探测器
图3a采用单色仪的窄带光源固定分析偏振模色散测量装置起偏器
光纤捞头
测年链路
光识按头
验偏器
光谱分析仪
图3h采用宽带光源的固定分析偏振模色散测量装置9
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