光纤通信系统中偏振模色散对脉冲影响的研究

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,并由此限制光纤通信系统的码率和中继距离的提高。解决光纤传输中偏振模色散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差分群延迟(DGD)和主偏振态(PSP)变化的随机性。如何克服偏振模色散对传输系统的影响目前已成为国际上光纤通信领域研究的热点问题。偏振模色散的研究任务包括基本理论,测试方法,模拟仿真和补偿技术等。而光脉冲在高速光纤通信系统的传输除了受到传统的色散影响之外,很大程度上也受到了偏振模色散存在的影响。因此,研究偏振模色散对光脉冲传输的影响对光纤通信系统的改进有着重要意义。本文在阐述了国内外PMD的研究现状以及PMD对于光纤通信系统速率和传输距离的影响的前提下,主要对光纤通信系统中偏振模色散对于脉冲影响进行了研究,研究工作和结果如下:在现有的偏振模色散理论研究的数学模型里,引入了信号的均方根展宽的概念和定义,从脉冲的均方根脉宽的定义出发,对其受到偏振模色散影响做出理论分析和讨论;得到偏振模色散存在的情况下,对光纤通信系统中脉冲信号传输产生的影响,并以高斯脉冲为例进行详细计算,得出了偏振模色散将导致系统中脉冲信号的展宽,使系统传输质量下降;在此基础上,对系统中进行偏振模色散补偿,计算偏振模色散补偿情况下,光纤通信系统脉冲信号的变化;并将计算结果与无补偿情况下进行了比对。讨论了非线性和PMD的相互作用,推导了非线性耦合薛定谔方程。基于非线性耦合薛定谔方程,利用分步傅立叶方法,求解了非线性耦合薛定谔方程,研究了PMD和非线性效应对于脉冲传输的共同影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究偏振模色散的重要性
• 1.2 国际研究状况和进展
• 1.3 PMD 对于通信系统速率和传输距离的影响
• 1.4 论文各部分的主要工作
• 第二章 偏振模色散理论
• 2.1 偏振光的描述
• 2.1.1 琼斯空间描述法
• 2.1.2 斯托克斯空间描述法
• 2.1.3 庞加莱球描述法
• 2.2 PMD 基础
• 2.2.1 偏振模色散的基本概念
• 2.2.2 偏振模色散的数学描述
• 2.3 二阶PMD 理论
• 2.4 PMD 统计理论基础
• 2.5 其他一些重要的概念
• 2.5.1 PSP 的带宽
• 2.5.2 偏振模色散的串联规则
• 2.5.3 偏振度（DOP）
• 2.6 本章小结
• 第三章 偏振模色散对脉冲的影响
• 3.1 脉冲在光纤中的传输
• 3.2 偏振模色散对脉冲的影响
• 3.2.1 信号均方根脉宽
• 3.2.2 偏振相关损耗
• 3.3 偏振模色散引起的脉冲展宽—时域分析
• 3.4 偏振模色散引起的脉冲展宽—频域分析
• 3.4.1 无色散无啁啾情况
• 3.4.2 色散存在情况下偏振模色散对脉冲的影响
• 3.4.3 输入脉冲有啁啾的情况
• 3.5 本章小结
• 第四章 偏振模色散补偿对脉冲展宽的影响
• 4.1 偏振模色散补偿的基础理论
• 4.1.1 偏振模色散补偿的基本原理
• 4.1.2 偏振模色散补偿的分类
• 4.1.3 偏振模色散补偿技术的重要进展
• 4.2 偏振模色散补偿对脉冲的影响
• 4.3 偏振模色散补偿数值模拟和结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 非线性效应对偏振模色散的影响
• 5.1 光纤中的非线性现象
• 5.2 光纤中非线性对偏振模色散的影响
• 5.2.1 理论模型—非线性薛定谔耦合方程
• 5.2.2 非线性对偏振模色散影响的大致估计
• 5.3 高阶PMD 对非线性啁啾信号的改善
• 5.4 分步傅立叶法求解非线性耦合薛定谔方程
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢