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高速光纤通信系统中偏振模色散补偿的研究

吴清海  
【摘要】: 随着光放大器和各种色散补偿技术的应用,光纤损耗和色散对系统的传输距离不再起主要限制作用。在这种情况下,光纤偏振模色散(Polarization mode dispersion ,PMD)的影响显得尤为突出,成为限制光纤向高速率、长距离发展的一个重要因素。特别是当光纤通信系统的单信道传输速率达到40Gbit/s或更高时,PMD明显损害系统的传输性能、限制系统的传输速率和距离,因此,PMD成为目前光纤通信领域的一个研究热点。然而,由于PMD是一个随机过程,它随频率和环境温度等条件而随机变化,因此要求对偏振模色散的补偿是自适应的,这使得偏振模色散补偿变得异常困难。 本文首先介绍了偏振模色散的相关基础知识,从偏振模色散的定义、形成原因、偏振主态、统计特性、表示方法和级联法则等方面阐述了本论文对偏振模色散的认识。为以后各章的讨论提供了理论基础。然后比较全面地介绍了偏振模色散的测量方法,分析了干涉法、波长扫描法、琼斯矩阵本征分析法和邦加球法的不同特点,并进行了比较,为PMD测量方法的选择提供了依据。随后讨论了PMD补偿方法,分析了PMD电域补偿方法、光域补偿方法以及高阶PMD补偿方法,同时研究相应的光学器件对PMD的补偿效应,并比较了其优缺点。接着研究了偏振模色散的模拟器,根据琼斯矩阵分析,采用蒙特-卡罗方法实现了一阶及二阶偏振模色散统计特性的模拟,并对模拟结果进行了讨论,得出的结果对实际模拟器的设计具有一定的指导作用。 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和二阶PMD补偿的基本原理,给出了一阶和二阶PMD补偿系统的一般模型,并对各个模块和关键技术和现有的二阶PMD补偿技术进行了详细的讨论。最后提出了二阶PMD补偿的改进方案:三阶段高阶PMD补偿器。从理论上分析了它能够完全同时补偿一阶和二阶PMD的可能性,并就工作方式、控制算法和补偿理论进行了较为详细的分析与描述。


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