来自 朗普达公司 | 09 March 2026 | 0 评论
PDL（Polarization Dependent Loss）测试工作原理
目录：
PDL（Polarization Dependent Loss）就是在所有可能的入光偏振态里头，器件的最大的差损和最小的差损的差额。
图1.2 环偏振控制器
图1.3 扰偏法测量PDL测试图
图1.4 在Poincare球上的有限点近似
图1.5 四态测量法测量PDL示意图
图3.1 基于PCM-001的PDL测试系统
图3.2 基于PSG-100的PDL测试系统
图3.3 TLS8042可调谐光源
图3.4 PCM-001
图3.5 PCM-001工作原理示意图
图3.6 PCM-001的典型极化扰频轨
3.3.3 PSG-100
PSG-100是一款高速偏振态发生器，可将线性偏振光转换为庞加莱球面上的六种非简并偏振态之一。这些偏振态分别为线性0°、线性90±45°、线性、右旋圆偏振（RHC）和左旋圆偏振（LHC）。该模块配备微控制器和电驱动器，可在40微秒内完成偏振态切换。触发方式包括外部 TTL 数字信号的上升沿或下降沿，或通过USB或UART进行远程控制。偏振态切换后，无需持续供电即可保持选定偏振状态。
GM8012B产品样式如下图3.9所示，产品性能介绍如下图3.10所示。
图3.9 GM8012B产品样式
图3.10 GM8012B产品性能介绍
1、基础原理
2、测试方法
3、朗普达的PDL测试系统（扰偏法和矩阵法）
4、 PDL测试总结及方法优劣分析
一、基础原理
偏振相关损耗（PDL）是光无源器件和光通信系统中一个关键的性能指标。它描述了当输入光信号的偏振态（SOP）发生变化时，器件插入损耗（Loss）的最大波动范围。
从物理本质上讲，任何光器件（如光栅、耦合器、隔离器、光纤等）对不同方向的偏振光（如水平偏振光与垂直偏振光）的传输特性都不可能绝对一致。这种不对称性导致了光信号在传输过程中，随着偏振态的改变，输出功率会发生波动。
对于给定的入光功率P0进入光器件，它的出光功率会随着入光的偏振态而改变。如果最大和最小的出光功率为，Pmax和Pmin
对于给定的入光功率P0进入光器件，它的出光功率会随着入光的偏振态而改变。如果最大和最小的出光功率为，Pmax和Pmin
PDL都是一个非常重要的指标，它体现了一个器件对不同偏振态的差损变化范围，这个值要越小越好。在光网络里，有很多的光器件串联在一起，整个光路的最后差损值，是个别器件差损的总和。因为各个器件都有一定程度的PDL，接收端能够收到的光强度，就会和偏振态有关。由于光信号在单模光纤里头传递之后，偏振态是不可控，而且随时在改变。因此，如果总和的PDL过大，那么接收端收到的信号强度，会有很大的不确定性，这会使得传输的信号变形，失真，误码率的增加，甚至会导致网络故障。
二、测试方法
在光纤通信领域，PDL（偏振相关损耗）是无源光器件的关键参数，直接影响光网络性能。然而，快速准确测量PDL一直是厂家面临的难题。主要原因是：1）PDL是矢量参数，无法直接通过插损扣除来得到净结果，因为器件与系统的偏振主轴关系会影响实测值，要准确测量，系统本身的PDL必须极低；2）必须扫描四个差损谱，耗时较长。
目前PDL测试，常见下列几种方法：
2.1 偏振扰动法
2.1 偏振扰动法
这是最直观的方法。因为器件的输出光强度和入光的偏振态有光，测量时，快速的改变入光电场的偏振态，同时测量输出光的强度。图1.1 和 1.3显示这个方法的示意图。光源从器件的左侧以固定的功率，进入器件，通过器件之后，在其右侧测量输出光强度。改变输入光的偏振态的同时，测量对应的输出光强度。测量到的光强度的范围，就近似为器件的PDL。这个方法在操作上，必须均匀的跑遍偏振球上的点 （图1.4）。点数越多，测量的结果越接近真实值。
在实验室和生产线，图1.2中的3环光纤是常用的偏振控制器。对于输入的偏振态，通过三环不同的方向组合，产生不同的输出偏振状态。这种做法每改变一个偏振态需要若干秒。即使只走过偏振球上均匀的100 个点，也要耗时几分钟。因此，它只能作为定性，粗略的检视PDL。
图1.1 PDL测量和定义
图1.2 环偏振控制器
图1.3 扰偏法测量PDL测试图
图1.4 在Poincare球上的有限点近似
扰偏法虽然实现简单，但是在使用上有一定的操作局限性。首先，要求产生足够多个偏振态尽可能均匀的覆盖 Poincare球，测量是近似的。其次，产生多个偏振态（典型测量要求2000个）需要时间很长，尤其是要进行多波长PDL测试，效率太低。
2.2 极大/极小缩小法
2.2 极大/极小缩小法
从任意一个偏振态出发，进入器件的光先经过偏振控制器，再藉由出光的探测器的读数来死循环改变入光的偏振态，这样可以逐步搜寻差损的最大和最小值。这种方法测试时间长，单个波长测试时间理论上是也是秒级以上，一次只能测量一个波长。
2.3 矩阵测量法
2.3 矩阵测量法
矩阵测量法又可以细分为米勒矩阵法和琼斯矩阵法。两者的原理类似。在这里，我们就只简单介绍米勒矩阵法。这是IEC委员会在IEC61300-3-12中规定的PDL测量方法。在Mueller矩阵法中，偏振态控制器产生4个线性独立的偏振态，通常为水平，垂直，45度的线偏振，加上一个圆偏振；根据测量这4个偏振态通过DUT的光功率，可以解出待测器件和功率相关的4个矩阵元素，进而准确计算出PDL。注意图1.5 和图1.3的不同。图1.3，偏振扰动器一直在高速不断的变化偏振方向；图1.5的偏振控制器只需要输出4个偏振态。
图1.5 四态测量法测量PDL示意图
米勒矩阵法是目前最主流的测试PDL的方法，适合测量PDL和波长有关系的大量生产。要能有效率的应用这个技术，必须有高速扫描的光源和数据采集/处理系统。
三、朗普达的PDL测试系统（扰偏法和矩阵法）
为了满足市场对 PDL进行快速且精确测量的需要，朗普达分别推出了基于PCM-001的偏振扰动法的PDL测试系统和基于PSG-100的矩阵测量法的PDL测试系统。
3.1 光路连接
方案一：基于PCM-001测试系统
三、朗普达的PDL测试系统（扰偏法和矩阵法）
为了满足市场对 PDL进行快速且精确测量的需要，朗普达分别推出了基于PCM-001的偏振扰动法的PDL测试系统和基于PSG-100的矩阵测量法的PDL测试系统。
3.1 光路连接
方案一：基于PCM-001测试系统
图3.1 基于PCM-001的PDL测试系统
PCM-001是基于偏振扰动法来测量PDL的参数，使用它来测量被测产品的光路搭建如上图3.1所示。
方案二：基于PSG-001的PDL测试系统
方案二：基于PSG-001的PDL测试系统
图3.2 基于PSG-100的PDL测试系统
PSG-100是基于矩阵测量法来测量PDL的参数，使用它来测量被测产品的光路搭建如上图3.2所示。
3.2 所需设备
TLS8042可调谐激光源：作为“信号源”，提供波长精准、功率稳定且线宽窄的连续光。
PCM-001：PCM-001是一款高精度偏振控制与测量系统，专为满足光学测试和信号稳定日益增长的需求而设计。
PSG-100：PSG-100是一款高速偏振态发生器，可将线性偏振光转换为庞加莱球面上的六种非简并偏振态之一。
GM8012B光功率计：为“探测器”，负责高精度地测量微弱的光功率变化。
STD-PDL：STD-PDL是一种高精度光学标准，专为验证和校准偏振敏感应用（如电信和光学测试）中的测量设备而设计。
3.3 朗普达产品介绍
3..3.1 TLS8042台式可调谐光源
3.2 所需设备
TLS8042可调谐激光源：作为“信号源”，提供波长精准、功率稳定且线宽窄的连续光。
PCM-001：PCM-001是一款高精度偏振控制与测量系统，专为满足光学测试和信号稳定日益增长的需求而设计。
PSG-100：PSG-100是一款高速偏振态发生器，可将线性偏振光转换为庞加莱球面上的六种非简并偏振态之一。
GM8012B光功率计：为“探测器”，负责高精度地测量微弱的光功率变化。
STD-PDL：STD-PDL是一种高精度光学标准，专为验证和校准偏振敏感应用（如电信和光学测试）中的测量设备而设计。
3.3 朗普达产品介绍
3..3.1 TLS8042台式可调谐光源
TLS8042 台式可调谐激光光源模块主要用于高精度波分复用 DWDM 元件，光波导光栅阵列 AMG 元件，平面光波导 PLC 元件，光放大器 EDFA，DWDM 系统以及其他通用的 光纤的光学测量和应用。TLS8042 可调谐激光光源系统具有波长精度高，输出功率大，尺 寸小巧，启动快速，价格实惠等特点。朗普达可提供 C 波段，L 波段，C+L 波段的 GM8042 台式可调谐激光光源模块供选择。样式如下图3.3所示。
图3.3 TLS8042可调谐光源
3.3.2 PCM-001
PCM-001是一款高精度偏振控制与测量系统，专为满足光学测试和信号稳定日益增长的需求而设计。该系统在兼顾成本效益与性能表现的同时集成了Babinet-Soleil型无损耗偏振控制器可选配线性或对数型光功率计，提供灵活且可扩展的解决方案。适用于多种偏振敏感型应用的解决方案。 PCM-001型偏振模色散仪具有超低激活损耗（<0.01dB）、超低偏振模色散（<0.02 ps）和高偏振消光比（PER>40 dB）等优异性能，可实现偏振依赖损耗（PDL）和偏振度（DOP）的高精度测量其坚固耐用的设计使其成为研发实验室、高通量生产环境及现场测试场景的理想选择。样式如下图3.4所示。
图3.4 PCM-001
PCM-001将光纤挤压器与光纤旋转器结合 ，能够将任意输入偏振态转换为用户自定义的输出偏振态。偏振控制通过两个参数X和Y实现：
X扫描（ 0-100）：输出偏振信号沿圆形轨迹运动（位于庞加莱球面上，见图3.5-a）。
Y扫描（ 0-100）：输出偏振信号呈现8字形轨迹（见图3.5-b）。
X扫描（ 0-100）：输出偏振信号沿圆形轨迹运动（位于庞加莱球面上，见图3.5-a）。
Y扫描（ 0-100）：输出偏振信号呈现8字形轨迹（见图3.5-b）。
图3.5 PCM-001工作原理示意图
通过结合X扫描和Y扫描，PCM-001可对输出偏振进行加扰，并扫描整个偏振态范围，典型加扰轨迹如图3.6所示。
图3.6 PCM-001的典型极化扰频轨
PCM-001的PDL测量框图：
3.3.3 PSG-100
PSG-100是一款高速偏振态发生器，可将线性偏振光转换为庞加莱球面上的六种非简并偏振态之一。这些偏振态分别为线性0°、线性90±45°、线性、右旋圆偏振（RHC）和左旋圆偏振（LHC）。该模块配备微控制器和电驱动器，可在40微秒内完成偏振态切换。触发方式包括外部 TTL 数字信号的上升沿或下降沿，或通过USB或UART进行远程控制。偏振态切换后，无需持续供电即可保持选定偏振状态。
需要特别注意的是，PSG-100的输出偏振态会受到波长和温度的影响，若未进行适当校正可能导致测量误差。为此，PSG-100将波长和温度校准数据存储在驱动板的内存中。用户可通过USB或RS232接口便捷地访问这些校准数据。为提升使用便利性，PSG-100支持直接调用校准矩阵，用户无需为偏振依赖损耗（PDL）测量单独计算这些矩阵。
PSG-100样式图如下图3.7所示。PDL性能参数如下图3.8所示。
图3.7 PSG-100样式图
图3.8 PSG-100性能参数
图3.7 PSG-100样式图
图3.8 PSG-100性能参数
3.3.4 GM8012B光功率计
GM8012B光功率计主要用于高精密波分复用 DWDM 元件，光波导光栅阵列AWG 元件，平面光波导 PLC 元件，WSS，OPM，DPSK，光放大器 EDFA 和其它通用的光纤的光学测量和应用，性能优越，经济实用。
GM8012B光功率计测量系统具有性能高、尺寸小巧、启动快速和价格实惠的特点。UC Instruments 可提供小功率、大功率、单通道和双通道的光功率计模块供选择，也可为客户提供多达 16 通道的主机系统。
GM8012B产品样式如下图3.9所示，产品性能介绍如下图3.10所示。
图3.9 GM8012B产品样式
图3.10 GM8012B产品性能介绍
3.3.5 STD-PDL
STD-PDL是一种高精度光学标准，专为验证和校准偏振敏感应用（如电信和光学测试）中的测量设备而设计。它提供稳定且明确的PDL值，是基准测试和确保测量精度的理想选择。
STD-PDL是一种高精度光学标准，专为验证和校准偏振敏感应用（如电信和光学测试）中的测量设备而设计。它提供稳定且明确的PDL值，是基准测试和确保测量精度的理想选择。
STD-PDL内置了稳定的偏振依赖型衰减元件，可提供可控且可重复的光功率密度（PDL）值。该技术让用户能精准验证和校准设备中的PDL测量数据。在典型应用场景中，STD-PDL通常与测量系统配合使用，用于评估不同偏振状态下的设备性能。它能有效验证PDL测量精度、插入损耗的长期稳定性以及不同波长下的测量一致性，从而确保设备性能可靠，并使测量结果符合行业标准。通过将STD-PDL整合到测试流程中，用户可提升不同设备和环境下的测量一致性，增强对维持高质量光网络性能所需关键数据的信心。
STD-PDL样式如下图3.11所示，产品性能介绍如下图3.12所示。
图3.11 STD-PDL样式图
图 3.12 STD-PDL产品性能参数
图3.11 STD-PDL样式图
图 3.12 STD-PDL产品性能参数
四、PDL测试总结及方法优劣分析
在这篇短文里头，我们对光的偏振特性、以及测试方案做了概略的介绍，并通过实测进行对比。由于无源器件的偏振相关差损（PDL）对光传输系统会造成信号失真，降低PDL是器件制造商必须面对的课题。
面对问题第一步是必须能够在器件做完之后，测量PDL来确认器件本身满足PDL的规格。目前被普遍采用的米勒矩阵法，测量一个C-band的PDL谱线，大约要10秒或者更长的时间。这已是无源器件在终测的主要瓶颈。这么长的时间是由于激光扫描的速度太慢，加上必须测出4个偏振态的差损谱，来计算PDL谱。而扰偏法虽然实现简单，但是在使用上有一定的操作局限性。首先，要求产生足够多个偏振态尽可能均匀的覆盖 Poincare球，测量是近似的。其次，产生多个偏振态（典型测量要求2000个）需要时间很长，尤其是要进行多波长PDL测试，效率太低。
面对问题第一步是必须能够在器件做完之后，测量PDL来确认器件本身满足PDL的规格。目前被普遍采用的米勒矩阵法，测量一个C-band的PDL谱线，大约要10秒或者更长的时间。这已是无源器件在终测的主要瓶颈。这么长的时间是由于激光扫描的速度太慢，加上必须测出4个偏振态的差损谱，来计算PDL谱。而扰偏法虽然实现简单，但是在使用上有一定的操作局限性。首先，要求产生足够多个偏振态尽可能均匀的覆盖 Poincare球，测量是近似的。其次，产生多个偏振态（典型测量要求2000个）需要时间很长，尤其是要进行多波长PDL测试，效率太低。
尽管您可以使用不同的方法来测量PDL，但是两种测量方法应该得到相似的结果，理想情况下应是相同的测量结果。因此，如果必须测量大量波长上的PDL，那么矩阵测量方法会更快一些。相反，如果只需测量几个波长点的PDL，那么扰偏法则更好一些。
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