5512km长距离光放大链路PMD干涉测量法

2019-11-03 18:27:06

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供稿：网友

EXFO 光电工程公司

　　摘要：本文介绍了利用普通干涉测量法测量5512km长且包括119个EDFA的光纤放大链路的端到端PMD方法，其中链路总增益带宽为20nm，高电平输出ASE。

　　关键词：光纤测量、干涉、光谱、傅立叶变换

　　1. 引言

　　干涉图PMD测量法是测量领域中针对长距离、单模光纤的最佳技术。但到目前为止，业界认为该传统方案（TINTY）并不适用于超长距放大链路。当链路中存在放大器、隔离器或类似上下路滤波器的元器件时，就不再满足干涉图的测量条件或基本的分析假设。该论文描述了端到端PMD测量法在5512km长且包括119个EDFA中继器的海底链路中的应用，采用了通用版（GINTY）干涉测量法，在EXFO FTB-5500B PMD分析器中实现。常见的方法包括干涉图差异分析和TINTY细微分析。重点在第二节介绍，测试装置介绍在第三节。第四节对测量结果进行分析，并对ASE的高电平和PDL链路进行了讨论。

　　2. 通用方案的关键PMD可通过自相关和互相关干涉图推出，

　　其中δ0和δx分别为自相关和互相关均方误差极值的RMS宽度，代表包层面积。

　　干涉图的自相关和互相关分别通过（1）式的RMS宽度测量获得。更改装置如图1，可同时提供自相关和互相关干涉图。

　　在输入端和输出端（不规则I/O-SOP）都可以实现不规则偏振（连续或多次扫描），通过上面介绍的均方误差极值可推出PMD，也就是说，不是扰频器（单扫描值）不同设置下平方极值估值的平均。需要强调的是仅在输入端有不规则偏振不会对工作造成影响。

　　利用I/O-SOP的不规则性，并将公式（1）应用于均方极值，该结论对任何耦合模式，干涉图形或输出光谱形状或带宽都是有效的。此外，干涉方案对大型单个I/O-SOP也是可靠的。特别地，（1）式中偏移量的减少消除了窄频谱或频谱变形对系统的影响。

　　图1. GINTY装置图。通过对正交偏振轴的长期观察值求和和差分，可得到自相关和互相关干涉图。PDD：偏振分集探测器。S/C：I/O偏振扰频器或控制器；不同步扫描可获得连续不规则性。

　　图2. Hibernia大西洋海底光缆（加拿大Halifax与英国Southport之间，全长5512km，包含119个EDFA）的测试装置，宽C频段信号源（BBS）FLS-5803，I/O扰频器IQ-5100B，PMD分析器FTB-5500B。

　　3. 测试装置

　　测试装置如图2所示。被测试的是Hibernia大西洋海底光缆，连接加拿大Halifax和英国Southport，全长5512km，DUT是其中的北部分光缆（A段）。按照图1中的GINTY装置，宽C频段信号源（BBS）的输出在进入链路前先输入到偏振扰频器。在英国接收端，信号在到达PMD分析器之前也需先通过第二个偏振扰频器，及时、连续地实现随机不规则性，关键的是——不同步扫描。PMD是96次扫描结果取均方极值后推断出来的。

　　由于持续的不规则性，I/O-SOPs的两次扫描无关联，因此可降低由于单个I/O-SOP的不确定导致的整个测量不确定性。

　　链路输出端的ASE信号功率比率SNRASE在扫描前必须经过校验和调整。即使比率低到SNRASE = 1，测试仍然可以进行并且不会影响结果的正确性，但在输出端必须有检测信号。首先，放大器链路需设置为适应于数据传送。其次BBS发出的光功率必须调整到最大SNRASE。这一点很容易实现：输出端光频谱通过观察两正交偏振轴得到。由于PMD，两正交光谱Sx（λ）和Sy（λ）的比率R（λ）由波长决定，因此可以找到最大值。信号/ASE比率可通过SNRASE = Rmax-1估计（注意：如果链路本身PMD太小，可在输入端或输出端加入大数值PMD模拟器）。图3b是干涉计扫描经过傅立叶变换后得到两光谱的实例。在这个测试中我们得到SNRASE，小于4，充分说明了该设备对测试不会产生影响。

　　4. 测试结果

　　上面介绍了A段（光缆2）的测试过程。如图3a所示，互相关是96次I/O-SOPs的均方极限平均值。应用公式（1），极限PMD = 4.48 ± 0.15 ps，其中± 0.15 ps的不确定性通过下列步骤得到：单个I/O-SOP的不确定性通过单次扫描值δsingle的实际扩展找回，不确定测量通过

　　估计，N=96。N次单扫描值的扩展观察为δsingle = 0.5 ps，极值为3.12ps和5.69ps，与给定的20nm、4.5ps PMD值的输出频谱宽度大致一致。

　　图3.（a）自相关和互相关均方极值（自相关关系的相对比例为0.0018）。（b）两正交轴的频谱观察，以及两者之和（无分析器，FWHM小于20nm）。

　　4.1 增加PMD仿真器

　　为了保证“in situ”整个装置的运行正常，最好在输入端或输出端插入PMD仿真器对结果进行确定。虽然不是完全精确，但通过对链路PMD和仿真PMD在输出光谱的光谱宽度内进行二次求和，可得到期待的结果。我们增加一值为PMD0= 10 ps的PMD仿真器，则期待值PMD为11.0ps。但如果测试中PMD仿真器在窄的特定20nm带宽内，则结论不正确。所以，实际仿真器PMD为PMD0 = 10 ±1 ps。因此期待的最佳值为10.0 < PMD < 11.9 ps。附加仿真器的实际值为PMD = 11.5 ps，属于有效范围。简而言之，尽管对仿真器在特定带宽内完全模拟效果更好，但上面介绍的操作方式的精确度也足够了。

　　4.2 ASE-PDL交感偏见：简单估计

　　对于有效DUT，比如有多个EDFA中继器的放大链路，即使输入BBS空闲，互相关干涉图观测所得链路PMD也具有代表性。但如果链路中缺少某些PDL（偏振相关损耗）元器件，则观测不到结果，也就是说输出ASE的DOP（偏振程度）将是DOPASE = 0。但如果链路有严重的分布式PDL，这仍然可观测到结果。

　　尽管BBS空闲时RMS宽度可代表链路PMD，但不能代表有效测量：两者之间的关系还不得而知。不过，平均起来，BBS空闲时观测的互相关RMS带宽应该与对等的PMD对应，

　　假设PDL均匀地分配在N个中继器上，即可得到简单的结论：所有的光纤段有相同的PMD值，所有的放大器产生ASE功率，所有中继器的αG = 1，其中G是放大器的增益，α是后续光纤段的损耗。给定相同的条件，可从链路的平均PDL推出DOPASE。DOP与非偏振源相同，

　　当BBS联机并已知DOPASE和SNRASE平均值，可推出非关联互相关干涉图的相对振幅，一方面源于ASE，另一方面来自BBS偏振输入。因此根据公式（2），我们还知道ASE生成封装的RMS宽度，从而可计算PMD的测量偏差。测量估值可按照下式计算：

　　在第3节中已确定SNRASE约等于4，PDL小于5 dB，PMD低估的原因是ASE-PDL交感小于0.23%时会比较安全。

　　5. 总结

　　我们已经对测试示例作了详细说明，采用新的非标准GINTY版干涉图方法和常用仪器，可测量长途光纤链路的端到端PMD值，简单、可靠且成本相对低廉。该测试方案还可扩展到所有链路或不同链路段（如果在中继器站点有远端回接线），是可行的长途光放大链路低成本测量方案。

　　参考文献

　　[1] "Polarization-Mode Dispersion Measurement for Single-Mode Optical Fibers by Interferometry," Standard TIA/EIA-455-124 (FOTP-124).

　　[2] "Test PRocedures for fibre optic cable plant and links," International Electromechanical Commission., Standard IEC 61280-4-4.

　　[3] "Review of the Dual Hibernia Atlantic Launch in Dublin, Ireland, and Boston, MA," Hibernia Atlantic's Press Release , July 2003:

　　[4] N. Cyr, "Polarization-Mode Dispersion Measurement: Generalization of the Interferometric Method to Any Coupling Regime", submitted toJournal of Ligthwave Technology., september 2003.

　　[5] "Measurement Methods and Test Procedure - Polarization Mode Dispersion", Standard Document IEC 60793-1-48 (FDIS).

　　
摘自　光纤新闻网

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