基于琼斯矩阵法的偏振模色散统计特性的研究

论文摘要

高速光纤通信(大于40Gb/s)成为了近年来热门的研究课题,全球光纤光缆及光网络设备市场也一直保持着飞速的发展。随着远距离和高速通信系统的发展,光纤通信中不被关注的偏振模色散(PMD)问题近来变得十分突出,成为限制系统传输容量和距离的的主要因素之一。与其它色散一样,偏振模色散也会使脉冲展宽,一阶PMD导致两主偏振态(PSP)方向传输的脉冲差分时延,使脉冲展宽甚至分裂,是导致系统劣化的主要原因,而二阶PMD可以看作是六个复制脉冲的相互作用,使脉冲形状出现过冲、边瓣等现象,进一步使传输质量恶化,从而增加了数字通信系统的误码率,限制系统的传输带宽。且PMD具有随机性,并且受环境的影响,几乎无法补偿。在本文中,阐述了传输矩阵法,推导了Jones矩阵及其方程,并建立了模型,利用琼斯传输矩阵法研究了PMD的统计特性,对不同频率的差分群时延(DGD)进行数值模拟。模拟的偏振模色散值为25ps时偏振模色散的概率分布,所得结果与理论结果能够很好的吻合。对比了不同频率的偏振模色散值,其值随频率的变化而变化,在125GHz范围内,其差值可达2ps,考虑到其频率特性,因此高速系统中高阶补偿偏振模色散是必要的。在数值模拟时采用工程光纤参数使得更具有实用性,为评价系统性能和补偿偏振模色散提供了依据。另外,提出了一种用于重构多信道光纤布拉格光栅的混杂算法。将LP算法嵌入到遗传算法迭代产生新种群的过程中,由遗传算法求解相位因子的最优值,最后由LP算法依据引入了相位因子后的频谱响应重构光栅。经过数值仿真,得到8信道光栅的峰值折变量(MRIM)大约为单信道光栅的8倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 偏振模色散（PMD）学术背景与应用
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 PMD 对系统的影响
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 光纤偏振模色散理论
• 2.1 光纤与双折射
• 2.1.1 光纤特性
• 2.1.2 双折射
• 2.2 偏振光的描述法
• 2.2.1 琼斯矢量描述法
• 2.2.2 斯托克斯矢量描述法
• 2.2.3 彭加勒球描述法
• 2.3 偏振模模式耦合
• 2.4 主偏振态
• 2.5 PMD 矢量
• 2.6 偏振模色散统计特性
• 2.7 小结
• 第三章 基于琼斯矩阵的偏振模色散的统计分析
• 3.1 PMD 矢量传输矩阵法
• 3.1.1 Jones 矩阵
• 3.1.2 算法模型
• 3.2 数值结果及讨论
• 3.3 结论
• 第四章 重构多信道布拉格光栅的混杂算法
• 4.1 光纤布拉格光栅的理论模型
• 4.2 Layer-Peeling 算法
• 4.3 遗传算法
• 4.4 重构多信道布拉格光栅的混杂算法
• 4.4.1 取样光栅的理论模型
• 4.4.2 Layer-Peeling 算法重构多信道光栅
• 4.4.3 混杂算法描述
• 4.4.4 混杂算法重构多信道光栅
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文清单