Optik fiberlerdeki polarizasyon mod dispersiyonu (PMD) olayının ortam koşullarına bağlılığının incelenmesi

Abstract

Polarizasyon mod dispersiyonu (PMD), 5 Gbit/s'den yüksek optik iletim hızlarında, tek modlufiberdeki darbe genişlemesinin ve alıcıda elde edilen güç seviyesindeki azalmanın temel nedenlerindenbiridir. Bu doktora tezinde, PMD, hem mevcut haberleşme sistemleri hem de yeni kurulacakhaberleşme sistemleri açısından incelenmiştir. Öncelikle, Türk Telekomünikasyon A.Ş. TRFO-9bFiber Optik Kablo Şartnamesi'ne göre üretilmiş G.652 standard haberleşme fiberi ve fiber ribbonlarlakurulmuş sistemlere uygulanacak kompanzasyon yöntemlerinin ihtiyaç duyduğu ortam koşullarınınPMD üzerindeki etkisine ilişkin veriler deneysel olarak bulunmuştur. Daha sonra, yeni kurulacaksistemler için geliştirilen sabit ve sinüsoidal spinli fiberlerde PMD değerini minimuma indirecekçözüm yolları araştırılmış ve her ikisi için önerilerde bulunulmuştur.Sabit çözümleyici ve Jones matrisi yöntemleri ile gerçekleştirilen benzetimler, sabitçözümleyici yönteminin, optik fiber omurgalı kablolu yerel alan ağlarındaki PMD ölçümlerinde; Jonesmatrisi yönteminin, uzak mesafe haberleşme sistemlerindeki PMD ölçümlerinde kullanılmasıgerektiğini göstermiştir.Dünyada havai hatlı optik fiberlerin toplam fiber ağı içindeki payı % 5'in altındadır.Türkiye'de ise bu oran % 20 civarındadır. Özellikle dağlık bölgelerde ve güneydoğu bölgesinde buoran % 30'u geçmektedir. Bu nedenle, Türkiye için önemli bir kriter olacağı düşüncesiyle, fiber ribbonkablolarda, titreşimin PMD üzerindeki etkisi tezde araştırılmıştır. Genliği 0.5-10 mm ve frekansı5-20 Hz arasında değişen titreşim fiber ribbon kabloya uygulandığında, maksimum iletimuzunluğunun % 20 azaldığı tespit edilmiştir.Sıcaklığın PMD üzerindeki etkisine ilişkin deneylerde, 10 ºC ile 60 ºC arasında değişensıcaklığın, maksimum iletim uzunluğunu ribbondaki dış fiberlerde % 23.3, ribbondaki iç fiberlerde% 18.5 azalttığı görülmüştür. Ayrıca, 13 ºC ile 25 ºC arasında değişen ortam sıcaklığının, fiber ribbonkabloda maksimum iletim uzunluğunu % 22.2 azalttığı saptanmıştır.Sabit spinli fiberlerde, belirli oranlarda uygulanan harici bükmelerin, fiberin PMD değerinidüşürdüğü saptanmıştır. Ancak PMD değerini minimuma indirecek harici bükme değerinin tespitinde,spinli fiberin üretildiği kütüğün PMD değeri de etkili olduğundan, her kütükten üretilmiş fiberler içinharici bükme değerinin ayrı ayrı tespit edilmesi gerekmektedir.Sinüsoidal spinli fiberlerde, harici bükmeden kaynaklanan DGD dalgalanmalarını önlemekiçin, etkin spin oranının, doğrusal çiftkırılmanın 5 katından büyük olacak şekilde (γrms>5δβL)seçilmesi gerektiği bulunmuştur.

Polarization mode dispersion (PMD) is one of the main factors of pulse broadening in singlemode optical fibers and power degradation at the receiver at transmission rates exceeding 5 Gbps. Inthis PhD thesis, PMD has been investigated for not only existing but also novel communicationsystems. Firstly, the data about effects of medium conditions on PMD required by compensationmethods that will be applied to systems installed with G.652 standard communication fibers and fiberribbons manufactured according to Turk Telecommunication A.S. TRFO-9b Optical Fiber CableSpecification have been experimentally obtained. Then, methods for minimizing the PMD values ofconstantly and sinusoidally spun fibers developed for novel communication systems have beeninvestigated and proposed.Simulations performed with fixed analyzer and Jones matrix methods have showed that thefixed analyzer method should be used in PMD measurements of optical fiber backboned local areanetworks and Jones matrix method should be used in PMD measurements of long-haul communicationsystems.The share of aerial optical fibers in worldwide optical fiber network is 5 %. This ratioincreases to 20 % in Turkey and exceeds 30 % especially in rocky geographical regions and south-eastAnatolia. Therefore, with the idea that it will be an important criteria for Turkey, effects of vibrationon PMD of fiber ribbon cables have been investigated in PhD thesis. It has been found that when avibration with a magnitude varying between 0.5 mm and 10 mm and a frequency between 5 Hz and 20Hz is applied to the fiber ribbon cable, the maximum transmission length degrades with 20 %.In experiments related to the effects of temperature on PMD, it has been observed thattemperature varying between 10 ºC and 60 ºC degrades the maximum transmission length with23.3 % in external fibers of the ribbon and with 18.5 % in internal fibers of the ribbon. Furthermore,ambient temperature varying between 13 ºC and 25 ºC degrades the maximum transmission lengthwith 22.2 % in fiber ribbon cable.In constantly spun fibers, it has been observed that external twists with specific rates causePMD degradations. However, in determining the external twist rate that will minimize the PMD, PMDvalue of the preform from which the spun fiber has been produced has an important effect andtherefore, the external twist rate minimizing the PMD must be separately determined for each fiberproduced from a different preform.To overcome external twist induced DGD fluctuations in sinusoidally spun fibers, it has beenfound that the effective spin rate must be greater than five times the linear birefringence (γrms>5δβL).