◈ PMD Measurement of Single Mode Fiber by the Wavelength Scanning

Method

1. 실험의 목표와 과정2. Setup & Measurement

Data3. Analysis4. Further work

Outline

장 유 민

Object

1. Wavelength Scanning Method 를 이용한 PMD 측정 시스템 구현

2. 여러 단일 모드 광섬유의 PMD 를 다양한 방법으로 측정 / 비교

3. PMD Mechanism 에 대한 Theoretical Model 제시

1. 기초 자료 수집1. 기초 자료 수집

Process

2. 실험 방법 구상 3. 장비 및 소자 특성 측정

2. 실험 방법 구상 3. 장비 및 소자 특성 측정

4.SETUP 5. MEASUREMENT

4.SETUP 5. MEASUREMENT

6. 분석 7. 모델링6. 분석 7. 모델링

1. Collecting the fundamental Data

1. Polarization, Dispersion in a Single Mode Optical Fiber

Research latter / Book / Data

2. Device Manuals,

Remote Control & Measurement Sequence

3. Books

Mathematical jobs / Understanding the Standard

2.1.Thinking about Measurement Method

1. FOTP-113 을 기초로 한 Wavelength Scanning Method- Fixed Analyzer Method- Poincare Sphere Method

2. Jones Matrix Eigen Analysis

3. Time Domain PMD Measurement Method- Interferometric Method- Modulation Phase-Shift Method- Pulsed-Delay Method

2.2. Diagram of the Wavelength Scanning Method

Polarization Controller

3. Setup

Space

Fiber End Lens Polarizer Object Lens Fiber SC to DUT DUT End Polarizer PDA400 Input

4. Measurement

1480 1500 1520 1540 1560 1580-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

Ph

oto

Dio

de

Ou

tpu

t(V

)

Wavelength(nm)

Vertical Horizantal No Analyzer

Fixed Analyzer Method 에 의해 측정

2 x 25km SMF Spool

Vertical :

Peak Points

1490/1502/1515/1523/1531/1556

Mean DGD : 0.241 ps

PMD => 0.034 ps/√km

Horizontal :

Peak Points

1493/1508/1519/1528/1539/1561

Mean DGD : 0.235 ps

PMD => 0.033 ps/√km

4.1 Fitting

1480 1500 1520 1540 1560 15800.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Ou

tput

(ra

tio)

Wavelength(nm)

Horizontal Vertical Using the Lorentz Multi

Peak Fitting in Origin7

P(h)/{P(h)+P(v)} : Horizontal

P(v)/{P(h)+P(v)} : Vertical

PMD Coefficient

=> 0.032 ps/√km

Calculated by<Δτ> = kEλfirstλlast/2(λlast-λfirst)c

4.3 100km Spool by Fixed Analyzer Method

100km 광섬유 스풀을 한 시간 간격으로 측정

Mean DGD : 0.28 ps

PMD : 0.028 ps/√km

-Mean DGD 값은 거의 변화 없음

-특정 파장에서의 DGD 값이 변화 됨을 예상 할 수 있음

1480 1500 1520 1540 1560 15800.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

R(

Wavelength(nm)

0 hr 1 hr 2 hr 3 hr 4 hr 5 hr

4.4 Polarization Controller & Polarimeter

1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

s1

Wavelength(nm)

100km 50km 100km : 8 개의 극점

1488/1501/1513/1525/1535/1557/1576/1585

Mean DGD : 0.23 ps

PMD : 0.023 ps/√km

50km : 6 개의 극점

1492/1513/1528/1542/1558/1576

Mean DGD : 0.19 ps

PMD : 0.027 ps/√km

4.5. 광 Power 에 따른 DOP 변화

1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580 16000

20

40

60

80

100

DO

P(%

)

Wavelength(nm)

-10dBm -15dBm -20dBm

Fiber spool about 20 km

1570 nm 부근에서 DOP 가 심하게 감소

DOP 가 감소하는 경우 DGD 측정에 영향

1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600-54

-52

-50

-48

-46

-44

-42

-40

-38

-36

-34

-32

-30

-28

-26

Inte

nsi

ty(d

Bm

)

Wavelength(nm)

TLS Output -10dBm -15dBm -20dBm

측정 프로그램의 불완전성

5. 분석 : Measured data -> Calculation PMD

1. Fixed Analyzer Method (FOTP-113)

Calculation Formula

Mean DGD : <Δτ> = kEλfirstλlast/2(λlast-λfirst)c

PMD : Mean DGD / Sqrt Fiber Length

2. Poincare Sphere Method is equal to Fixed Analyzer Method

S0 = <Ex2> + <Ey

2>

S1 = <Ex2> - <Ey

2>

s1 = S1/S0 이므로 ,

1 + s1 = 2 x <Ex2> / {<Ex

2> + <Ey2> } = 2 x P(h)/{P(h)

+P(v)}

3. Stokes Parameter Evolution (Jones Matrix Eigenvalue Analysis)

FOTP - 122 { TIA/EIA - 455- 122 –A}

5.0.1. Stokes Parameter Evolution

Output PSP+

Output PSP-

Input SOP

Output SOP

Output PSP+

Output PSP-

Input SOP

Output SOP

2

)(2

)2()1()0(

1st order PMD Higher order PMDPMD 를 계산 하기 위해서는 1 차 PMD 로 근사 할 최소 3 개의 지점을 결정해야 한다 .

6. Conclusio & Further Jobs

1. 100km : 8 개의 극점

Mean DGD : 0.23 ps PMD : 0.023 ps/√km

50km : 6 개의 극점

Mean DGD : 0.19 ps PMD : 0.027 ps/√km

2. Stokes Parameter 를 이용하여 고차 PMD 값의 계산

3. DGD 의 통계적 특성 이해

4. PMD 모델링 , 컴퓨터 시뮬레이션

5. PMD Emulator / Compensator 제작 및 특성 측정

5.1. 100km Fiber Spool

2 x 25km SMF Spool

Vertical :

Peak Points

1490/1502/1515/1523/1531/1556

Mean DGD : 0.241 ps

PMD => 0.034 ps/√km

Horizontal :

Peak Points

1493/1508/1519/1528/1539/1561

Mean DGD : 0.235 ps

PMD => 0.033 ps/√km

100km 광섬유 스풀을 한 시간 간격으로 측정

Mean DGD : 0.28 ps

PMD : 0.028 ps/√km

100km : 8 개의 극점

1488/1501/1513/1525/1535/1557/1576/1585

Mean DGD : 0.23 ps

PMD : 0.023 ps/√km

50km : 6 개의 극점

1492/1513/1528/1542/1558/1576

Mean DGD : 0.19 ps

PMD : 0.027 ps/√km

모델링 및 시뮬레이션SMF

t

t(PMD)

fsf

ssf

f

ss

f

Random Polarization Mode Coupling mean sq. dev.