寬帶需求迫使服務提供商不斷升級其網絡，以為客戶提供速度更快、質量更佳的應用和服務。光纖網絡設施上過多的色散會限制這些高速傳輸系統的性能和運行可靠性。一項需要測試以確保這些系統達到最優性能的基本參數是偏振模色散(PMD)。光纖鏈路中的PMD一直是服務提供商關注的焦點，原因在于通過它可以了解是否能夠升級傳輸系統以支持更高比特率的信號。因此，要驗證給定光纖鏈路是否能夠支持傳輸速率的提升，就需要測量差分群時延(DGD)的平均值，即我們所說的PMD。

PMD的隨機性對在有限波長范圍內通過一次測量測定DGD均值的精度形成了基本限制。這些限制對數值很小的DGD均值影響尤為嚴重，而這樣小的DGD均值在將鏈路升級為2.5、10或40Gb/s(即幾個ps)時將得到更多的關注。不確定性可以通過在較長時間內進行重復測試得以改善。因此，測試儀器須能進行長期的PMD監測，以實現DGD均值的時間平均。

JDSU公司研發了一種可在現場部署的測試儀器，其采用非干擾的方法測量一段光纖鏈路的PMD，同時，該鏈路可保持正常的在線工作。該儀器分析傳輸信號的偏振態，通過每個傳輸信號中的偏振變量的頻率依賴性測定光纖鏈路的DGD均值。

這種測試儀器不僅可用于光纖鏈路質量認證，還可用于排除那些表現出過高誤碼率的波長通道的故障。

傳統的PMD測量

光纖的PMD通常是通過將專用測試信號注入鏈路的一端，在另一端分析所引起的以光頻率為函數的偏振變化而測量得到。然后通過對各個光頻率上測量到的瞬時DGD值進行平均得到鏈路的DGD均值。最常用的現場PMD分析儀在發射端使用一個寬譜光源，并在接收端對其進行分析(見圖1)。但是，要進行這樣的測量，整個光纖鏈路必須退出服務——數據傳輸要么被中斷，要么被重新路由到一條備用鏈路上。這種傳統方案僅適用于“暗”光纖鏈路或“無光”光纖鏈路。

圖1：被測光纖網絡必須中斷服務，以便分析插入的測試信號。

傳統的測試方法難以在現代ROADM網絡中應用，因為測試信號的光譜分量可能被路由到許多方向。因此必須為在線鏈路中的PMD測量提供非干擾的測試技術，并且能夠測量獨立的DWDM(密集波分復用)通道(見圖2)。

圖2：測試信號的光譜分量可能被路由到不同地點。

DGD與等效DGD

雖然光纖鏈路中的DGD均值一般是將各個光頻率處測得的瞬時DGD取平均值獲得，但其也可由固定光頻率的DGD變化的時間平均值得出，或者由時間平均值和頻率平均值的組合得到。此外，DGD甚至無需直接測量，而是通過測量等效DGD(DGDeff)得到。DGDeff定義為斯托克斯空間中PMD矢量分量的幅度，其與光信號的發射偏振態或偏振態(SOP)矢量正交(見圖3)。

圖3：各種狀態的PMD與SOP矢量對比。上：當信號的發射偏振態正交于主偏振態(PSP)時，DGDeff等于瞬時DGD(Δτ)；中：當發射偏振態與PMD矢量平行時，無偏振旋轉，DGDeff直接消失；下：在其他情況下，若發射偏振態與PMD矢量形成角??，則DGDeff=Δτsin?。

DGDeff與DGD的關系表示為：

事實上，DGDeff表示PMD對信號損傷的極精確的測量。DGD均值與DGDeff,均值(時域和/或頻域的平均)相關。人們對DGDeff,的統計分布極為了解(瑞利概率密度函數(PDF))，且其平均值與DGD均值成正比(見圖4)。

圖4： DGD Δτeff與DGD Δτ的統計分布。

因此，光纖鏈路中的DGD均值可由傳輸光信號中等效DGD的現場測量進行估算。

與傳統技術相比，這種方法的優勢在于光信號的發射偏振態可以是任意的，無需進行控制或掃描。

無擾的在線PMD測量

JDSU的I-PMD創新測試方案用于測量DWDM信號中的等效DGD并獲取PMD值。其可以對在線系統中的新DWDM通道進行定性分析(測量C波段內通道的功率水平、OSNR及PMD；測試正在運行的在線網絡；使用2.5/10/40Gb/s或更高速率通道中傳輸的在線真實信號)；排除那些具有高誤碼率(BER)的異常光通道的故障(測量信號所經歷的等效DGD；測量傳輸信號的帶內OSNR；與測量的BER相關聯)；以及將DWDM系統升級至更高的比特率(對信號所經歷的DGD進行長期測量；繪制每個DWDM信號的DGD隨時間變化的圖)。

圖5為儀器的原理示意圖。光纖鏈路中分流的光信號首先通過一個掃描偏振變換器，然后由偏振分束器(PBS)分離為兩個正交偏振分量(以下我們稱其為TE和TM)。

圖5：JDSU無擾PMD分析儀的功能框圖。

這兩個分量再分別與掃描本地振蕩激光器(LO)發出的輸出光混合，LO在整個C波段內以超過100GHz/ms的速度及小于GHz的精度進行調節。相干差拍信號通過一對平衡光電二極管進行檢測，并在電氣放大和低通濾波到幾百MHz帶寬后，注入兩個RF功率檢波器，由此產生兩個信號PRF-TE和PRF-TM，它們在LO激光頻率?大約為幾百MHz的帶寬內與兩個正交偏振態的光功率成正比。這兩個信號在本地振蕩器頻率在被測信號的頻譜范圍內調整的過程中被記錄下來。測試在偏振變換器的各種設置下重復進行。

為了測量給定信號中的等效DGD，我們選擇頻率掃描時出于以下考慮：在信號頻譜的中心，P(RF-TE)=P(RF-TM)；δP(RF-TM)/δν(和δ(RF-TE)/δν)為最大值。在這些條件下可直接計算DGDeff。用PLO表示LO的功率，θ(ν)表示變換的輸入偏振態與斯托克斯空間內TE態之間的夾角，P Signal (ν)表示頻率為?時信號的功率，我們得出

并且DGDeff在信號中心頻率處與θ(ν)相對于θ(ν)的導數成正比，即