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《华中科技大学》 2007年
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单模光纤中偏振效应的理论研究及分析

丁攀峰  
【摘要】: 偏振模色散是高速通信系统的限制因素之一,其起因来自于光纤内部分布的不均匀性以及外部环境的干扰。对于偏振模色散的研究,分段模型是较优的选择。原级联模型经过数学推导,可转化为迭代模型。转化后的模型物理意义明晰,在直观上便于看出偏振模色散随光纤分段增加的累积过程,具有较强的移植性。理论分析中指明了数值方法产生误差的缘由,我们将由级联模型得出的迭代模型,应用于一阶偏振模色散的研究,指出了一阶模拟计算中必需注意的问题。在一阶分析的基础上进行二阶偏振模色散的研究,数值模拟表明,该方法简洁明了,对于二阶偏振模色散的两个正交分量的研究,提供了非常直观的方法,统计结果与理论相符。 在偏振模色散数值模型处理中,光纤分段数N和分段长度L是两个基本的参数,直接影响偏振模色散的随机特性,其选择是比较复杂的问题。在基本级联模型的基础上,对偏振模色散的随机特性进行了分析,指出N和L的处理直接关系到级联模型的分析结果。对N和L的选择进行的分析和探讨中可以发现,分段数N的合适选取以及L的合理分布对建立模型至关重要,直接决定一阶偏振模色散的分布特征。数值模拟表明,参数特性在级联模型中起到决定性的作用。另一方面,级联模型本身含有随机特性,这是在讨论偏振模色散随机分布特性时应该考虑的因素。数值模拟给出了一阶偏振模色散矢量的随机性特征,其特征通过三个分量表现出来。在一阶的基础上,进行了二阶偏振模色散矢量的模拟计算,计算结果与理论曲线吻合较好。二阶偏振模色散可以分解为平行分量与垂直分量,模拟结果给出了这两个矢量的随机分布特性,对二阶偏振模色散的随机性分析提供了比较全面的指导作用。 偏振相关损耗是光通信系统中另一限制因素,偏振模色散和偏振相关损耗共同的作用,影响了系统的传输性能,在偏振模色散和偏振相关损耗特征矩阵的基础上,对偏振模色散和偏振相关损耗之间的相互影响进行了分析和模拟。结果表明,偏振相关损耗的增加单向改变偏振模色散的值,可能增大也可能减少。而偏振模色散的改变对偏振相关损耗的影响表现为复杂的关系:在偏振模色散增加的情况下,偏振相关损耗的大小的改变起伏不定。 偏振模色散的测量是目前研究的一个热点问题,在庞加莱球的基础上,对原来偏振模色散的测量方法给出理论分析,研究表明,一阶偏振模色散测量的误差影响二阶偏振模色散的测量。在偏振相关损耗很微弱可以忽略的情况下,我们提出一种全新的方法来测量二阶偏振模色散。通过新方法,二阶偏振模色可以直接测量,不需要通过一阶偏振模色散对频率求导。另一方面我们推导了偏振相关损耗的测量方程,得到了简易的偏振相关损耗的测量方法,测量速度较快。 前面的内容主要在频域里面进行研究,在时域范围里面,偏振模色散和偏振相关损耗会导致脉冲的展宽,这就要求提出一个更完善的方案,以分析存在偏振相关损耗条件下,脉冲的传输情况。我们给出新的数学描述方法,将偏振模色散,偏振相关损耗,以及啁啾都包含在内。研究表明,啁啾高斯脉冲传输的时延不仅受到偏振相关损耗的影响,还与自身的啁啾有关。在某种程度上,系统的偏振模色散可以通过改变偏振相关损耗和啁啾以得到控制。 最后,我们讨论了偏振态的演变规律和偏正效应的补偿方法。在无解偏的光纤通信系统中,弥勒矩阵可以用来描述输入输出偏振态之间的关系,而对于光源为准单色光的高速通信系统,严格来讲解偏效应是不能忽略的,弥勒矩阵必须加以修正以将解偏效应引入进来,通过理论推导,我们得到了严格考虑解偏效应条件下,任意输入偏振态都满足的通用方程。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN929.11

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