偏振模色散模拟和色散补偿的研究

摘要

偏振模色散(PMD：Polarization Mode Dispersion)和常规色散是造成高速光纤通信系统脉冲展宽的主要因素。结合实验室之前的项目经验，本文制作了偏振模色散模拟器，并对常规色散补偿进行了研究。 论文先引入一些有关偏振光的基本概念和知识，介绍了几种重要的偏振态的描述方法，对描述PMD的有关概念及其特性进行了总结，为后边章节的讨论提供了理论基础。制作了一个PMD的模拟器，用于准确模拟实际敷设光纤线路中PMD随机变化特性。该模拟器利用保偏光纤，偏振控制器和一个微控制器构成。模拟器输出差分群时延(DGD：Differential Group Delay)的变化范围为1.85-22.4ps，响应时间小于1ms，同时模拟器可设定输出不同平均值的Maxwell统计分布随机变化的PMD，也可设定输出要求的数学分布。相比于其它的PMD模拟器，该模拟器无需改变其物理结构，就可以实现输出可变的具有统计特性的PMD。实验结果显示，该模拟器可以输出具有良好统计分布特性的PMD，并且具有较高的稳定性和可重复性。同时模拟器还可用于偏振控制和扰偏。扰偏器在邦加球上的偏振态覆盖分布均匀，偏振度接近零，理想情况下偏振度可得到1.8％甚至更小，该模拟器用于扰偏功能具有良好的扰偏特性。 论文还基于单通道160Gbit/s光时分复用实验系统，探讨色散容差和色散补偿问题。先从理论和实验两方面，探讨了色散、自相位调制和带内交叉相位调制等问题。简述了减小总色散的各类方法。探讨采用可调谐啁啾光纤光栅(CFBG)，补偿系统色散、色散斜率和进行ASE滤波的可行性，给出啁啾光纤光栅的制作方法建议。最终讨论了实现160Gbit/s光时分复用系统传输的可行方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

序

1引言

1.1课题背景

1.2本文研究意义

1.3论文结构和内容

2偏振光的数学描述

2.1偏振态的数学描述

2.2琼斯矢量和琼斯矩阵

2.3斯托克斯矢量法

2.4邦加球图示法

2.5小结

3光纤中偏振模色散特性分析

3.1晶体中光的双折射

3.2光纤中光的双折射相关参数

3.3偏振主态

3.4光纤中的偏振模色散和分布变化特性

3.5光纤耦合的应用

3.6偏振模色散矢量和高阶偏振模色散

3.7 PMD模拟器的原理与结构分析

3.8 小结

4控制系统的硬件和软件的设计

4.1 PMD模拟器研究进展

4.2系统分析

4.3芯片的选取

4.3.1微控制器芯片

4.3.2 DA器件

4.3.3基准电源设计：

4.3.4键盘与显示

4.3.5偏振控制器

4.4程序设计

4.4.1随机数的产生

4.4.2软件流程

4.5小结

5模拟器测试和结果分析

5.1偏振模色散的测量

5.1.1测量的实验装置

5.1.2琼斯矩阵法测量

5.1.3波长扫描法测量

5.2偏振控制器

5.3模拟器拟合Maxwell分布

5.4扰偏器设计

5.5小结

6 160G光时分复用系统色散特性研究

6.1引言

6.2 160Gbit/s光时分复用系统色散引起的脉冲展宽

6.2.1光源脉冲宽度与输出脉冲展宽

6.2.2光纤光栅与输出脉冲展宽

6.31600Gbit/s光时分复用系统色散补偿

6.3.1忽略光纤中的非线性效应

6.3.2考虑光纤中的非线性效应

6.4小结

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士期间发表的论文