Phương pháp đo tán sắc PMD

Có nhiều kỹ thuật đo tán sắc PMD song phổ biến nhất là ba kỹ thuật sau:

2.1.5.1 Kỹ thuật quét tần số

Kỹ thuật quét tần số hay còn gọi là kỹ thuật phân tích cố định. Kỹ thuật này được mô tả trên hình 2.5

Trong kỹ thuật này, sử dụng một số thiết bị sau: nguồn phát Laser phổ rộng; một bộ phân cực đặt trước sợi quang cần đo; một bộ phân cực thứ hai đặt sau sợi quang và đóng vai trò là một bộ phân tích; máy phân tích phổ quang (Optical Spectrum Analyzer: OSA) được dùng để đo tín hiệu phân cực (xem hình 2.5).

Tín hiệu ánh sáng ở đầu ra của nguồn phát quang được đưa vào đầu vào của bộ phân cực thứ nhất để tạo ra tín hiệu phân cực trước khi đi vào sợi cần đo. Tín hiệu đầu ra của sợi là tín hiệu đầu vào của bộ phân tích. Bộ phân tích có nhiệm vụ phân tích các phân cực ánh sáng thu được và máy phân tích phổ quang OSA sẽ ghi lại cường độ ánh sáng dưới dạng hàm số của bước sóng trong dải tần cần đo, tốc độ biến thiên của ds()/d được ghi lại. Phần mềm trong thiết bị OSA sẽ phân tích các kết quả và đếm số lần xuất hiện các giá trị cực đại và cực tiểu kể cả giá trị hai đầu mút của dải bước sóng cần đo. Độ trễ nhóm vi phân trung bình được tính:

 1 1 22 2 mN DGD c          (3.1.38)

Trong đó dải bước sóng được xác định bởi các bước sóng 1 và 2; N là số các cực trị bao gồm cả hai điểm mút của dải bước sóng; c là vận tốc ánh sáng trong chân không; và m là hệ số ghép mode nhận giá trị 1 trong trường hợp không có ghép mode và 0,82 trong trường hợp có ghép mode.

Vì PMD làm thay đổi trạng thái phân cực (SOP: State of Polarization) theo bước sóng, do đó phổ của nguồn phát phải thỏa mãn điều kiện duy trì độ phân cực như sau: 8c m        (2.1.39)

Đối với bước sóng lân cận vùng 1550 nm, điều kiện trên có thể được đơn giản hóa bằng cách lấy giá trị  (đo bằng nm) nhỏ hơn giá trị  (đo bằng ps) là được. Tuy vậy, kỹ thuật quét tần số có một nhược điểm là nó cho biết giá trị của DGD mà không cho biết được thông tin về các trạng thái nguyên lý phân cực. Để đo được các trạng thái phân cực, ở đầu ra của sợi cần đo, người ta phải dùng máy đo phân cực thay cho máy phân tích phổ quang và bộ phân tích phân cực.

2.1.5.2 Kỹ thuật giao thoa

Kỹ thuật giao thoa đo trực tiếp thời gian trễ nhóm nhờ sử dụng giao thoa kế Michelson thay cho máy phân tích phổ quang như trong kỹ thuật quét tần số. Sơ đồ đo PMD bằng kỹ thuật giao thoa được mô tả trên hình 2.6.

Giao thoa kế sẽ hiển thị đường bao gọi là lược đồ giao thoa và có thể tính ngay giá trị DGD khi không có hiện tượng ghép mode. Nhưng trong trường hợp có hiện tượng ghép mode (thường xảy ra với các sợi dài) thì giao thoa kế sẽ phân tích để có được dạng lược đồ Gauss phù hợp nhất nhằm thu được DGD. Khi đó, PMD được tính dựa trên phương sai  của phân bố Gauss theo biểu thức:

1/ 2

2 3

4

 

Một phương pháp khác được đề xuất để tính PMD trong mọi trường hợp ghép mode là sử dụng hàm tự tương quan và tương quan chéo của lược đồ giao thoa:

 2 2

0

3 2 x

PMD   (2.1.41)

Trong đó 0 và x là độ rộng trung bình bình phương (RMS) của trung bình nhân các đường bao tự tương quan và tương quan chéo tương ứng. Các đường bao này thu được bằng cách lấy hiệu và tổng của hai đường bao riêng biệt trên lược đồ giao thoa khi quan sát chúng theo hai trục trực giao của bộ phân tích phân cực.

Tuy nhiên, trong thực tế nhiều khi người ta chỉ cần tới thông số về giá trị DGD mà không cần trạng thái phân cực, thì hai kỹ thuật vừa xét rất thuận lợi và cho ra kết quả nhanh chóng, nhưng nếu cần biết thông tin về trạng thái phân cực thì hai phương pháp đo trên chưa thuận tiện.

2.1.5.3 Kỹ thuật sử dụng ma trận Jones

Hình 2.7 trình bày sơ đồ đo PMD sử dụng ma trận Jones

Kỹ thuật đo PMD dùng ma trận Jones hay còn gọi là phương pháp phân tích riêng ma trận Jones được thực hiện trên thiết bị điều khiển bằng máy tính. Thực chất người ta biến việc đo tốc dộ biến thiên của độ lệch pha d/d theo tần số góc thành các giá trị riêng của ma trận chuyển đổi PMD. Bộ lọc phân cực và các bộ tách sóng xác định các trạng thái phân cực trên dải bước sóng. Các phép tính ma trận được thực hiện để cho ra kết quả đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của DGD theo bước sóng.

Kỹ thuật này đòi hỏi sử dụng nguồn phát Laser điểu chỉnh được phổ hẹp để có thể có được 3 trạng thái phân cực tại các vị trí 00=, 450 và 900 để phát vào sợi cần đo. Máy tính có nhiệm vụ tính toán ma trận Jones thông qua các trạng thái phân cực ở đầu vào và đầu ra của sợi trong dải bước sóng để cho ra kết quả là giá trị DGD được tính theo công thức sau:

 1 2 Arg / d       (2.1.42)

Trong đó 1 và 2 là các giá trị riêng của ma trận T(+)T-1(); Arg là argumen;  là bước nhảy tần số khi đo, các vector riêng của ma trận tích xác định PSP và PMD.