高速光纤通信系统中偏振模色散的监测与补偿

【摘要】：光纤系统在向高速/长距离、大容量的发展过程中,光纤的偏振模色散(PMD)已成为制约系统性能的重要因素之一。PMD在时域里引起脉冲的展宽,加剧了码间干扰,从而限制了光通信系统的码率和传输距离。PMD也引起光脉冲信号偏振度(DOP)的下降,从而严重影响光偏振复用系统的性能。本文着重研究了偏振度法监测光纤链路PMD的性能和PMD对偏振复用系统的影响。 首先,介绍了PMD的概念、特性以及相关的数学描述,并概括了PMD的测量、在线监测和补偿方法。基于主偏振态理论、琼斯表示和斯托克斯表示之间的关系,在一阶PMD近似下导出了光信号DOP与差分群时延(DGD)的解析关系,并结合快速傅里叶变换(FFT),对20Gb/s的光时分复用系统(OTDM)中,DOP法对DGD的跟踪范围和灵敏度受多种因素(包括脉冲啁啾、脉冲占空比、消光比、放大自发辐射噪声、自相位调制等)的影响状况进行了研究。 其次,利用DOP与DGD的解析关系,对DOP法应用于40Gb/s和80Gb/s系统时,其性能受初始脉冲形状的影响进行了数值模拟,并对失效概率与放大器峰值功率和传输距离的关系进行了研究,这给系统设计和PMD补偿器的配置提供了依据。 第三,对采用不同调制格式(包括幅移键控和二进制相移键控)的光副载波复用(OSCM)系统中,PMD引起的功率代价进行了量化。同时,也给出了光信号DOP随PMD变化的仿真结果。发现DOP与功率代价随PMD变化呈现同样的周期性衰落,从而验证了DOP法应用于OSCM系统的可行性。 最后,研究了PMD效应对偏振复用(PM)系统的冲击。我们采用重要抽样-蒙特卡罗方法,量化了不同调制格式(包括OOK、DPSK以及QPSK)的PM系统中,PMD引起的功率代价、失效概率以及PMD容限。我们也给出了采用偏振控制器加可变时延线的PMD补偿后,系统性能的仿真结果。结果表明高阶PMD效应对PM系统性能影响是极为显著的。