晶体型消偏器及偏振模色散模拟器研究

论文摘要

本论文研究的内容分为两大部分:晶体型消偏器的设计和PMD模拟器的设计。消偏器可以有效地消除偏振损害,解决光纤通信系统、测量仪器及传感器中的偏振相关问题;PMD模拟器用以模拟实际光纤的PMD现象,是解决PMD问题的关键技术之一。论文第二章首先介绍了一些有关偏振光的基本概念和知识,对描述PMD的有关概念及其特性进行了总结,为以后各章的讨论提供了理论基础。在消偏器设计方面所做工作如下:分析了楔形晶片消偏器的性能及使用中存在的问题,提出了阶梯型楔形晶片消偏器;利用频域分析方法研究了Lyot型消偏器对矩形光源、洛伦兹光源及高斯型光源的消偏性能及消偏器的设计准则;根据多纵模激光器输出光谱的特点,讨论了用于多纵模激光器的晶体型消偏器的优化设计问题,对两种实际的多纵模光源,仿真分析了消偏光的偏振度与波片厚度的关系,提出了一种可连续、大范围调节光程差的实验装置,理论分析和实验结果基本一致。该设计具有体积小和消偏能力强两大优点。在PMD模拟器方面,首先仿真研究了模拟器的一阶及二阶特性,对扰偏振器结构与主轴随机旋转结构的性能进行了比较;然后讨论了重要取样及复合重要取样理论,并应用复合重要取样方法对两种结构PMD模拟器的一阶特性进行了仿真分析;最后设计了一种可应用复合重要取样技术的PMD模拟器,该模拟器可获得极小概率事件,即较大的DGD值,DGD拖尾部分与Maxwellian分布符合较好。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究消偏器及偏振模色散模拟器的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 消偏器研究现状
• 1.2.2 PMD 模拟器研究现状
• 1.3 本论文的研究内容
• 第二章 光波的偏振态及光纤中的偏振模色散
• 2.1 光波的偏振态
• 2.2 偏振光的描述方法
• 2.2.1 Jones 矢量法
• 2.2.2 斯托克斯矢量法
• 2.2.3 庞加莱球表示法
• 2.2.4 相干矩阵表示法
• 2.3 偏振光的传输矩阵
• 2.3.1 Jones 矩阵
• 2.3.2 Muller 矩阵
• 2.3.3 坐标旋转情况下的传输矩阵
• 2.4 PMD 的定义及产生的原因
• 2.5 PMD 矢量
• 2.5.1 偏振主态
• 2.5.2 PMD 矢量
• 2.5.3 PMD 矢量的级联
• 2.6 PMD 的统计特性
• 2.7 PMD 对通信系统的影响
• 2.8 本章小结
• 第三章 楔形晶片消偏器及 LYOT 型消偏器的性能分析
• 3.1 楔形晶片空域消偏器分析
• 3.1.1 单楔晶片空域消偏器
• 3.1.2 复合楔晶片空域消偏器
• 3.1.3 阶梯型楔形晶片消偏器
• 3.2 LYOT 型消偏器的工作原理
• 3.3 LYOT 型消偏器对不同类型光源的消偏性能分析
• 3.3.1 偏振度的数学推导
• 3.3.2 对几种不同功率谱密度光源的数值分析
• 3.4 LYOT 型消偏器设计判据的频域分析
• 3.4.1 频域理论分析
• 3.4.2 频域分析的数值计算
• 3.4.3 设计判据
• 3.5 本章小结
• 第四章 用于多纵模激光器的消偏器的分析与设计
• 4.1 用于多纵模激光器的晶体型消偏器
• 4.2 消偏器性能仿真分析
• 4.2.1 偏振度的推导
• 4.2.2 理想Guass 光源情况下的性能分析及讨论
• 4.2.3 消偏器优化设计理论分析
• 4.2.4 用实际光源的光谱参数分析光谱特征变化对消偏性能的影响
• 4.3 用于多纵模激光器的消偏器实验研究
• 4.3.1 消偏实验装置
• 4.3.2 测试装置
• 4.3.3 消偏实验结果
• 4.4 偏振度测试方法研究
• 4.4.1 偏振度测试方法
• 4.4.2 DOP 测试方法比较
• 4.4.3 DOP 测试方案
• 4.5 本章小结
• 第五章 偏振模色散模拟器的仿真研究
• 5.1 偏振模色散模拟器的结构
• 5.1.1 简单结构的PMD 模拟器
• 5.1.2 主轴随机旋转的级联型 PMD 模拟器
• 5.1.3 扰偏器连接的级联型PMD 模拟器
• 5.2 PMD 模拟器的数学模型
• 5.2.1 Jones 矩阵模型
• 5.2.2 PMD 矢量级联模型
• 5.3 一阶PMD 性能仿真
• 5.3.1 一阶PMD 的频率特性
• 5.3.2 一阶PMD 的数值模拟
• 5.4 二阶PMD 性能仿真
• 5.4.1 二阶PMD 的频率特性
• 5.4.2 二阶PMD 的数值计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 应用重要取样技术实现 PMD 模拟器的仿真与设计
• 6.1 重要取样技术
• 6.1.1 Monte Carlo 方法
• 6.1.2 重要取样技术理论
• 6.1.3 偏置概率密度函数的选择原则
• 6.1.4 复合重要取样技术
• 6.2 应用重要取样技术仿真一阶PMD 模拟器
• 6.2.1 一阶PMD 模拟器中偏置概率密度函数的选择
• 6.2.2 仿真结果
• 6.3 基于重要取样的PMD 模拟器的设计与实现
• 6.3.1 可编程DGD 单元
• 6.3.2 偏振控制器的实现
• 6.3.3 PMD 模拟器的仿真结果
• 6.3.4 小结
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文与参加科研情况
• 致谢