PDL

PDL

PDL,屬於通信技術領域,是一種在利用光纖傳輸信號過程中存在的信號損耗,使用儀器可以進行測量,測量時保持10種良好的習慣可保證測量質量。

基本信息

釋義

PDL的定義PDL的定義
PDL(Polarization Dependent Loss ):偏振相關損耗,是一種在利用光纖傳輸信號過程中存在的信號損耗,使用儀器可以進行測量。PDL是光器件或系統在所有偏振狀態下的最大傳輸差值。它是光設備在所有偏振狀態下最大傳輸和最小傳輸的比率。PDL定義如下:PDL_{dB}=10log〔\frac{T_{Max}}{T_{Min}}〕其中Tmax和Tmin分別表示當被測器件(DUT)輸入光的偏振態在所有可能的偏振態間掃描時,通過DUT的最大和最小輸出功率。 PDL的測量對測量系統中的擾動極其敏感,這些擾動包括光源的不穩定性,連線器的反射,甚至是測試光纖的布局。如果測試裝置布置不合理,即使採用高精度的測量設備也可能會出現較大的測量誤差或波動。

測量誤差

光源波動產生的誤差

PDL的定義PDL的定義
公式 (1)表明,如果光源的功率隨時間變化,測量得到的功率最大和最小值也會隨之變化,從而導致測量的不準確。因此,用於PDL測量的光源必須具有很高的穩定性。

二次反射產生的誤差

即使光源本身非常穩定,測量系統中不同位置的微弱反射可能會反饋回雷射器,干擾雷射器的工作並導致輸出的不穩定。因此,即使光源的輸出端可能已經有了隔離器,我們仍強烈建議在PDL測量儀器的輸入端加上隔離器,以減少反射。另外,為了減少連線器的反射,在光源與PDL測試儀之間的所有連線器都應該使用APC接頭。

二次反射產生的誤差二次反射產生的誤差

其中Pin和Pdr分別是主光束和二次反射光束的功率, ein和edr是主光束和二次反射光束的偏振態的單位復矢量,Φ是它們之間的相位差。


PDL
因為當光纖受到擾動時,主光束與二次反射光的相對相位和偏振態都會發生改變,它們之間的干涉會引起總輸出功率的變化。以dB為單位,由公式(2)可以得到的相對變化的量級為:

為了減小二次反射帶來的影響,如果可能的話,應儘量使用反射較小的APC接頭。或者也可以使用短相干長度的光源(相干長度小於主光束與二次反射光的光程差)。這樣,公式(2)描述的干涉現象就不會發生,從而,公式(3)描述的干涉波動不會發生。雖然二次反射光的很弱,但由於會與強光信號(輸入光)發生干涉,它的影響不容忽視。例如,如果一束光先被一個自由端的PC接頭反射(典型的反射率為4%),然後再被一對PC接頭(回波損耗為40dB,反射率為0.01%)反射,探測到的功率波動可達0.017dB。這個功率波動會引起PDL測量波動0.017dB。當待測器件具有相似的PDL值時,該數值是不能夠被忽略的。如果在前面那個例子中使用回波損耗為60dB的APC接頭代替PC接頭,PDL測量結果的波動將減少到0.0017dB,這個數值在大多數情況是可以被忽略的。

接頭和光纖產生的誤差

除了DUT之外,在PDL測量中使用的光纖和(或)接頭也會有很小的PDL。例如,光纖本身會有0.01dB量級的PDL,而且當光纖彎曲的曲率半徑很小時,這個值還會增加。連線的光纖跳線也有較小的PDL,量級為 0.01-0.02 dB。連線不佳的光纖跳線會有更高的PDL值,這可能是在連線過程中過度擠壓光纖造成的。APC接頭一般會有很高的PDL,尤其是在沒有與另外的APC接頭配對使用時。因此,在測試過程中,一條帶接頭的跳線很可能會對DUT的PDL測量產生0.02dB或更高的誤差。

PDL矢量和引起的波動

PDL可以被看成一個三維空間裡的矢量,因為公式1中的Pmax和Pmin相當於輸入光的兩個正交偏振態,這可以描繪在邦加球上。因此,當測量裝置中有兩個或更多器件的PDL不為0時,總的PDL為所有器件PDL的矢量疊加。舉例說明,測量得到的總PDL是A、B、C、D四個光纖接頭和DUT 的PDL的矢量之和(為了簡化器件,假設光纖的PDL為零):

PDLPDL矢量和引起的波動

其中,PDLT和eT是總PDL的值和復單位矢量;PDLa,PDLb,PDLc,PDLd,PDLDUT 分別是A、B、C、D接頭和待測器件的PDL;ea,eb,ec,ed,eDUT 分別為這些PDL的單位復矢量。圖4用圖示了PDL矢量是如何疊加的。如果所有的矢量都是平行的就會得到最大的PDL:

PDLPDL矢量和引起的波動

如果所有接頭的PDL向量都平行,並與待測器件的PDL向量方向相反,就會得到最小PDL,在此假設待測器件的PDL值大於所有接頭PDL值之和:

PDLPDL矢量和引起的波動

每一個器件PDL矢量的方向與器件的取向和光纖中的應力致雙折射有關。當兩個器件間的光纖被擾動,PDL矢量的相對方向也隨之發生改變,從而導致測量值的變化。因此,PDL測量值的最大改變數為:

PDLPDL矢量和引起的波動

如果待測器件的PDL遠大於連線頭的PDL,相對測量誤差就比較小。如果待測器件的PDL與連線頭的PDL大體相當,就會產生很大的相對誤差。因此,為了得到PDL較小的待測器件(如熔融拉錐耦合器)的精確特性描述,連線頭和與待測器件相連的光纖的PDL必須非常小。通常,限制測量精度的因素往往不是儀器本身,而是連線頭和與待測器件相連的光纖的殘餘PDL。

減少誤差方法

PDLPDL-101多功能測試儀

在牢記 以上描述的PDL測量誤差來源的同時,這裡概括了PDL測量一些好的習慣。以 General Photonics公司PDL-101多功能測試儀為例。

1. 用於PDL測量的光源必須是高穩定光源,光源的短期穩定性應與預期的PDL測量精度大體相當。如果要達到0.02dB 的PDL測量精度,光源短期功率穩定度必須高於0.02dB。

2. 建議在PDL-101的輸入端加一個隔離器,用來減少從下游接頭和待測器件反射回來的光進入光源。General Photonics公司的NoTail型隔離器沒有尾纖,是首選產品。

3. 為了減少反射光進入光源,從而減少由此引起的光源不穩定性,在光源和PDL-101之間應該採用APC接頭。因此,在第二步中描述的NoTail型隔離器應該採用APC連線。

PDLPDL

4. 光源的偏振態要相對穩定。光源偏振態的快速波動將導致測量結果的波動。

5. 光源的波長要相對穩定,由於連線光源與測量儀器的光纖中存在雙折射,因而光源波長的快速波動將導致偏振態的快速波動。

6. 應採用PDL較小的光纖跳線連線待測器件。

7. 為了減少由二次反射所造成的測量誤差,應該使用APC接頭將光輸入到測量儀器和待測器件。PDL-101有APC穿板式接頭。為了精確測量低PDL的待測器件(小於0.1dB),可以在接頭B和C處使用折射率匹配膏,來減少背向反射和殘餘PDL。

PDLPDL

8. 為了減少接頭PDL的影響,應使用PC接頭將待測器件的輸出光引入測量儀器。PC接頭的輸出光將直接射入測量儀器內部的自由空間光電探測器。如果在這裡使用APC接頭,就會產生0.03~0.04 dB的PDL誤差。

9. 因為彎曲會在光纖中產生不能忽略的PDL,所以在接頭A和接頭D之間的光纖不應該有強烈的彎曲或很緊的纏繞。

10. 對生產平台上的無連線器的帶尾纖器件的測量應使用。在這個光路中,尾纖帶APC接頭的一端與APC穿板式接頭A連線,另外沒有接頭的自由端留做熔接

PDLPDL測量

操作人員可以將自由端與待測器件輸入端熔接起來,將待測器件的輸出端用可拆除的裸纖適配器連線到穿板式接頭D。可在APC接頭A處使用折射率匹配膏來減少由此引起的PDL。

注釋:接頭A也會產生微小的背景PDL。因此,無連線器的帶尾纖的器件的測量(尤其是低PDL器件),可以將此接頭換做一段尾纖,從而能夠將其與待測器件的輸入端熔接。

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