极化模式色散是影响下一代40Gbps或更高速率长途传输系统性能的主要因素之一，如果光纤材料或器件选择不当，即使在10Gbps的系统中它也会导致很高的误码率。 本文简要介绍光通信系统极化模式色散的测量问题，并讨论如何提高测量的精确度。

　　在10Gbps速率下，极化模式色散(PMD)主要产生原因在于光纤(包括色散补偿光纤)本身；而在40Gbps速率下，光纤和器件(包括掺饵光纤放大器、光隔离器和接头等器件)均会对系统总体PMD产生影响。因此当传输速率增高时，要求器件设计更加严格以确保较低的PMD，对设计要求的提高也相应推动着测试设备制造商提供更加精确的PMD测量设备。

PMD关键参数

　　对于任何给定光器件，都有一个最慢群速输入主极化态(PSP-)和一个最快群速输入主极化态(PSP+)，一般情况下有两个输入和两个(不同的)输出主极化态(PSP0±和PSP1±)，并且这些主极化态通常和器件本征极化态都不相同。要注意的是，极化模式色散理论完全是针对那些没有极化相关损耗(PDL)器件而开发的，对于极化相关损耗PDL>0的情况，PMD理论很复杂且不够完善，因此下面部分的内容不适用于极化相关损耗PDL>0的情况。

　　主极化态具有其它极化态所没有的特点。对没有极化相关损耗的器件，主极化态之间呈正交关系，输入极化态映射到两个主极化态上的能量形成在链路上分离的两个模(即它们的初级谐波不交换能量)，因此用输入端初始条件可以描述信号在器件链路上任何一点的变化情况。

　　对一个给定器件，在特定波长λ下快速PSP和慢速PSP信号到达时间之差称为差分群延迟DGD(λ)，显然，这是任何两个不同极化态信号之间可能的最大延迟。通常光纤链路上的DGD与链路长度平方根成正比，或随所安装的器件数量而增大。如果链路DGD很大，那么差分延迟将造成较大误码率，因此使DGD远远小于位码长度是高速长途传输的关键。

　　理论上DGD的值等于相位改变除以频率增量,即
　　DGD=Δφ/Δω(Δω/ω=-Δλ/λ)

　　相位差指琼斯矩阵从频率ω到频率ω+Δω的变化量，因此测量DGD常常涉及频率/波长之比，通常用一个可调激光器实现波长递增。DGD越小波长增量Δλ必须越大，以确保器件在固有噪声限制范围外工作，相位噪声决定了器件的DGD分辨率下限。宽频器件允许较大步长，因此对测量小DGD值几乎没有限制，相对而言窄频器件在较小DGD值情况下要受器件本身噪声和精度失真的影响。

　　相位变化大于2π将会造成混淆，由此也决定了波长增量的上限，因为如果波长增量过大，Δφ将因大于2π而无法从Δφ+2π中区分出来，这一效应限制了波长增量Δλ的最大可测DGD。根据经验我们得出一个有用的规则，即最大可测量延迟DGDmax和波长增量Δλmax的关系可以表示为：
　　DGDmax·Δλmax＜λ2/2c
　　在1,550nm处，用该式可得
　　DGDmax·Δλmax＜4ps·nm 因此，当1,550nm处测量且波长增量为1nm时，DGD必须小于4ps以避免搞混。

　　从某种意义上说，测量DGD时正确选择波长增量有点像测电压时正确选择电压表的量程范围，如果Δλ太小，就像试图用量程为3V的电压表测量0.05V电压，而不是用量程0.1V的电压表；如果太大，相应的相位变化将超过上限DGDmax。只有正确设置Δλ才能有效利用设备所提供的精确度。

PMD统计特性　　

　　对于由多个组件构成的复合器件，总的DGD与每个子部件的PSP相对方位有关，如第k个子部件的PSPo+(k)和PSPi+(k+1)之间的角度αk。在环境因素如压力或温度改变的时候，PSP(k)之间的方位稳定性将决定器件PMD特性，如果由于环境因素波动致使方位发生变化，那么DGD和器件的总PSP位置也将会随时间而改变，PMD被定义为该DGD值的时域平均值。

　　如果PSP稳定且不随环境因素改变，那么PMD将是确定的，这样即使环境因素改变或经过一段时间，器件的DGD和PSP也不会发生明显的变化。大多数短程光器件就是这种情况。

　　但如果PSP要随环境因素而发生变化，则被测系统中子部件的数量将对PMD产生很大影响。如能够确定所有初始方位(αk)及其改变量(Δαk)，那么理论上可以计算出相应的变化ΔDGD和ΔPSP。但事实上这只有在器件仅由很少几个子部件构成时才可能，假如器件有上千个子部件则将是无法计算的(如像一段光纤中1至5米长度都必须看作是独立的部件)。对于此类子部件，其初始方位无法确定，不过就算是可以准确确定，αk的微小变化也将导致DGD和总PSP很大波动，使得实际分析预测完全没有办法进行。

　　正因为此，所谓强模耦合器件的PMD特性是随机的，只能由统计学方法进行描述。显然，DGD和PSP随时间(环境)随机变化，也只有从统计角度进行的预测(如平均DGD或概率分布)才有实际意义。不管哪钟情况我们都将DGD分布(一段时间或样本)的平均值定义为PMD，即=PMD。由于经常混用DGD和PMD这两个术语，所以清楚区分两者是非常重要的，记住DGD可随着波长和时间(环境)发生明显的波动，而根据定义PMD与波长和时间无关。