[发明专利]搓扭角度可调的光纤搓扭设备及光纤搓扭方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤领域，特别是涉及一种搓扭角度可调的光纤搓扭设备及光纤搓扭方法。

背景技术

当光纤的结构尺寸使光纤的归一化频率满足条件V＜2.405时，光纤中将只传输基模HE₁₁，而基模HE₁₁包含两个相互正交的本征模HE_11x和HE_11y，两个本征模HE_11x和HE_11y在光纤中沿光纤轴的z方向传播，这时，光纤的传输特性取决于光纤本身是否存在着双折射现象。当单模光纤为理想情况，即其横截面无畸变，为完整的真正圆，并且纤芯内也无内应力，光纤本身是直的，其折射率沿光纤轴也是均匀的。这时，两个本征偏振模HE11x和HE11y在光纤中传输就象在各向同性介质中传输时一样，其振幅和传播常数都一样，并且在传输过程中不变，此时光纤中没有偏振模色散产生。

实际的单模光纤并非是理想的。例如，由于技术上或工艺上的原因，在拉制过程中使光纤纤芯发生几何畸变，呈现椭圆；光纤由于挤压、弯曲或扭转，使纤芯受到非对称的横向应力作用以及外部电场、磁场和温度的影响。所有这些因素，都会使光纤芯部的折射率在光纤横截面上发生各向异性的分布，而且在光纤的轴向方向发生不均匀分布。由于上述诸多因素的影响，其中两个相互正交的偏振模HE_11x和HE_11y，在传输过程中不再简并，而是出现了传播常数差，即β_x≠β_y。这时，光纤中不仅出现双折射现象，而且光纤中的偏振态也极不稳定，随着传输距离的增长，其偏振面将要发生旋转。

由于两个本征偏振模HE_11x和HE_11y受单模光纤双折射的影响，在传输过程中产生了传播常数差Δβ和功率交换，前者叫做失谐或自耦合，后者叫做能量交换或互耦合。双折射现象可以由失谐或模间耦合单独或联合产生。某些微扰，例如光纤大半径均匀弯曲，仅引起HE_11x和HE_11y自耦合而不产生互耦合，即仅存在失谐，这种情况下的双折折射称为线双折射。某些不破坏光纤结构对称性的微扰，例如不影响光纤圆结构，仅产生应力光弹性效应的纯扭转光纤，将引起HE_11x和HE_11y的互耦合，但不产生自耦合，即无失谐，Δβ=0，这称为圆双折射，它使入射线偏振模变成左、右旋圆偏振模。光纤几何形状微变的双折射多半属于线双折射，而光纤应力弹光效应引起的双折射多半是圆双折射。如果圆双折射的旋光方向与线双折射的偏振面旋转方向相反，则两种双折射有互相补偿作用，因此光纤扭转有对光纤椭圆变形双折射互补的效果。双折射使单模光纤实质上变成了“双模”光纤，HE_11x和HE_11y之间的Δβ引起模间色散，从而形成PMD（Polarization Mode Dispersion，偏振模色散)。

ITU-T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector，国际电信联盟电信标准化部门）将偏振模色散系数PMD区分为两种情况：（1）短光纤（弱模耦合）：PMD=ps/L，pm/L或pr/L，单位为ps/km，L为光纤长度；（2）长光纤（强模耦合）：单位为强模耦合在安装的光缆中典型的长度为2km以上能观测到。大多数情况下，偏振模色散系数PMD应当用强模耦合式来计算。由于单模光纤偏振模色散PMD的随机统计特性，单模光纤偏振模色散PMD的瞬时值有可能达到平均值的3倍。因此，为保证信号功率损失在1dB以下，偏振模色散PMD的平均值必须小于系统比特率的1比特周期的1/10。在强模耦合的情况下，PMD与光纤长度的平方根成正比，在一定的高传输速率下，PMD是限制系统传输距离的主要限制因素之一。