高速光纤通信系统中的偏振模色散及其补偿技术的研究

【摘要】：随着光纤通信系统向高速、大容量的发展，单模光纤中偏振模色散的问题变得越来越突出。它可以引起数字传输系统中的脉冲展宽，从而限制系统的传输速率。因而如何克服PMD对传输系统的影响成为研究的热点问题。然而，由于PMD是一个随机过程，随着频率和环境温度等条件而随机变化，使PMD的补偿变得非常困难。 本文首先对描述偏振模色散的有关概念及其特性等进行了总结，为以后各章的讨论提供了理论基础。然后从偏振主态的概念出发，推导了一阶偏振模色散引起的脉冲展宽的均方值表达式，描述了PMD对NRZ与RZ码展宽的作用。随后研究了PMD引起的脉冲展宽对接收机灵敏度的恶化以及对接收信号频谱的影响，得出了差分群时延与RF谱分量的关系。并对后者进行了实验研究，取得一致的结论。在此基础上，提出了以接收信号频谱中某频率分量的功率作为PMD自动补偿系统的反馈控制信号的方法。 偏振模色散的补偿技术是本文研究的重点。文中首先描述了一阶PMD补偿的基本原理，给出了PMD补偿系统的一般模型，对各个模块和关键技术进行较为详细的讨论，对现有的PMD补偿技术进行了总结和比较。文中还对二阶PMD、WDM系统与光孤子系统中的PMD及其补偿问题进行了分析与讨论。然后，在10Gbit/s的系统上实现了一种一阶PMD补偿器的具体设计与实验研究，对其中的各个补偿元件、反馈信号提取方法以及控制算法等进行了较为详细的分析与描述，并给出了实验结果和相应的分析。实验结果表明，我们设计的PMD补偿器对克服系统的一阶PMD具有非常好的效果。最后提出了一阶PMD补偿器的改进方法，讨论了其应用前景。 据作者所知，本论文的工作是到目前为止国内首次实现PMD的自动补偿技术。对我国自行掌握这一技术的知识产权具有重要意义