偏振模色散前馈补偿技术研究

论文摘要

偏振模色散（PMD）是光纤通信系统中由于不同偏振模式传播速度不同而引起的脉冲展宽现象,它限制了光纤通信系统的传输速率和中继距离的提高。解决PMD问题是实现高速光纤通信系统的关键之一,也是近年来光纤通信领域研究的热点之一。PMD问题的最大困难在于偏振主态（PSP）和差分群延迟（DGD）变化的随机性。本论文对PMD补偿系统进行了深入的研究,下面是本论文完成的主要工作。1.在已经研制成功的以电功率为反馈信号的10Gbit/s PMD动态反馈补偿实验样机的基础上,理论分析并实验研究了40Gbit/s情况下电功率反馈信号随光纤线路中DGD变化的特性,为实现以电功率为反馈信号的40Gbit/s PMD动态补偿系统奠定了基础。2.对补偿系统中的两个关键器件——偏振控制器（PC）和偏振扰动器进行了理论和实验研究。推导了PC的琼斯矩阵和米勒矩阵。理论分析并实验研究了PC中每个波片的相位延迟量的变化对输入光偏振态（SOP）的影响。测量了PC的磁滞曲线并在PC的控制算法中加以补偿。偏振扰动器可以通过对PC进行特殊的控制实现,对此进行了理论和实验研究。根据对PC的研究,还对偏振稳定器进行了理论研究。3.对PMD前馈补偿系统中的两个关键技术——如何确定光纤线路中的PSP方向和DGD大小进行了理论和实验研究。研究了光纤线路中PMD大小和方向的变化对输出光的SOP在斯托克斯空间分布的影响;分析并验证了一种确定PSP方向的有效方法。推导了任意波形和任意高斯脉冲序列的偏振度（DOP）表达式;通过研究色散和啁啾对DOP的影响,可以得到任意高斯脉冲序列的DOP的简化表达式;理论分析并实验验证了高斯脉冲m序列伪随机码的DOP-DGD曲线的形状,以及不同的分光比和变换极限脉宽对DOP-DGD曲线的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 偏振模色散对光纤通信系统的限制
• 1.2 实际观察偏振模色散的影响
• 1.3 偏振模色散的补偿技术
• 1.3.1 偏振主态补偿法
• 1.3.2 固定延迟量补偿法
• 1.3.3 可变延迟线补偿法
• 1.3.4 前馈补偿法
• 1.4 本文的主要工作和创新点
• 第二章 偏振模色散的基本理论
• 2.1 光偏振态的描述方法
• 2.1.1 琼斯矢量表示法
• 2.1.2 斯托克斯矢量表示法
• 2.1.3 相干矩阵表示法
• 2.2 偏振光在偏振光学系统内传输的描述方法
• 2.2.1 琼斯矩阵表示法
• 2.2.2 相干矩阵表示法
• 2.2.3 米勒矩阵表示法
• 2.3 偏振模色散的数学表示
• 2.4 本章小结
• 第三章 40Gb/s 补偿系统中电功率反馈信号的研究
• 3.1 40Gb/s 电功率反馈信号的理论研究
• 3.1.1 任意波形伪随机序列的功率谱密度
• 3.1.2 高斯脉冲伪随机序列的功率谱密度
• 3.1.3 选择合适的检测频率点
• 3.2 40Gb/s 电功率反馈信号的实验研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 偏振模色散前馈补偿方案的器件研究
• 4.1 偏振控制器的理论和实验研究
• 4.1.1 单个波片的琼斯矩阵和米勒矩阵
• 4.1.2 波片相位延迟量对输入光偏振态的影响的理论和实验研究
• 4.1.3 偏振控制器的琼斯矩阵和米勒矩阵
• 4.1.4 偏振控制器磁滞效应的实验研究
• 4.2 偏振扰动器的理论和实验研究
• 4.3 偏振稳定器的理论研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 偏振模色散前馈补偿方案的关键技术研究
• 5.1 确定光纤线路中偏振主态的研究
• 5.1.1 偏振模色散的变化影响接收端光偏振态分布的理论和实验研究
• 5.1.2 确定光纤线路中偏振主态方向的理论和实验研究
• 5.2 偏振度与差分群延迟关系的研究
• 5.2.1 任意波形的偏振度表达式的推导
• 5.2.2 任意高斯脉冲序列的偏振度表达式的推导
• 5.2.3 色散和初始啁啾对DOP-DGD 曲线的影响的研究
• 5.2.3.1 色散和初始啁啾对DOP-DGD 曲线的影响的理论研究
• 5.2.3.2 任意高斯脉冲序列的偏振度表达式的简化
• 5.2.4 序列码型对DOP-DGD 曲线的影响的理论和实验研究
• 5.2.5 分光比对DOP-DGD 曲线的影响的理论和实验研究
• 5.2.6 变换极限脉宽对DOP-DGD 曲线的影响的理论和实验研究
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢