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偏振模色散前馈补偿系统研究

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第一章 绪论

1.1偏振模色散对光纤通信系统的影响

1.2偏振模色散基本概念

1.3偏振模色散补偿技术

1.3.1偏振主态补偿法

1.3.2固定延迟量补偿法

1.3.3可变延迟量补偿法

1.3.4前馈补偿法

1.4本文的主要工作和创新点

第二章 光的偏振模色散的基本概念

2.1光波偏振态

2.2偏振光的描述

2.2.1琼斯矢量法

2.2.2偏振光的邦加球表示

2.2.3斯托克斯矢量法

2.2.4相干矩阵表示法

2.3偏振光在偏振光学系统内传输的描述

2.3.1琼斯矩阵法

2.3.2相干矩阵法

2.3.3米勒矩阵法

2.4偏振模色散的数学描述

2.5实验观察偏振模色散

第三章 PMD前馈方式补偿的系统分析

3.1 PMD前馈补偿系统简介

3.2前馈补偿方式的基础理论

3.2.1 DOP-DGD的关系

3.2.2利用时域的分析

3.2.3利用斯托克斯空间的分析

3.2.4数理分析

3.2.5利用邦加球的分析

3.3 PMD前馈系统结构的改进

3.3.1最直接的系统结构

3.3.2几种系统结构

3.3.3接收机前端结构图b

3.3.4接收机前端系统框图c

第四章 偏振控制器的研究及偏振稳定器的实现

4.1 四波片电控偏振控制器PC-412的结构

4.2 PC-412的理论研究

4.2.1 PC-412的琼斯矩阵和穆勒矩阵

4.2.2单个波片的功能

4.2.3不同位置的多个波片的作用对偏振态的影响

4.3 PC-412的实验研究

4.3.1单个波片的实验

4.3.2不同位置多波片对偏振态的影响实验

4.4偏振发生器系统的实现

4.4.1偏振发生器实现原理

4.4.1 偏振发生器的实现

第五章 PMD前馈补偿系统实验

5.1偏振模色散前馈补偿实验

5.2 PMD系统实时补偿实验结果

5.3系统评价及改进方案

结束语

参考文献

致谢

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摘要

偏振模式色散(PMD)是由于光纤的双折射现象所引起的。双折射现象是由光纤结构非对称性、外界压力和温度的变化所造成的。它会导致脉冲的展宽和畸变,限制高速率光纤通信系统的容量和传输距离。解决PMD问题是实现高速光纤通信的关键问题之一。PMD具有随机性,它随着外界条件和传输速率的变化而变化,使得补偿变得困难。本文对PMD补偿以及实时的前馈PMD补偿的实现进行了深入的讨论,下面是本论文的主要工作: 1.研究并比较各种PMD补偿方案,在考虑现有实验室设备条件的基础上,提出一种国内没有采用过的新的PMD前馈补偿方案。方案的原理:在发射端加扰偏器,在接收端通过测得的偏振度(DOP)、偏振态(SOP)等信息确定光纤线路中的偏振主态(PSP)方向和差分群延时(DGD)的大小,运用计算方法而非搜索的方法向控制器件输入准确的控制电压,克服了搜索算法的各种弊端成功地完成了一阶PMD动态补偿实验,50ms可以完成完全补偿。 2.对补偿系统中的两个关键器件——偏振控制器(PC)和差分延时线(DDL)进行了理论和实验的研究。通过理论推导,明确了PC每个波片的相位延迟量对输入偏振态(SOP)的影响以及多个波片对输入偏振态的影响,并且用matlab对PC的功能进行了仿真,证明了理论推导的正确性。在此基础上,通过大量实验验证了对PC理论分析所得的的结论的正确性,也为偏振稳定器的实现奠定了基础。此外推导了对DDL的差分延时量进行控制的公式:|Δτ|= 2/Δω√ln(1/DOPmin),使得DOP与Δτ的关系更加简单,易于分析和运算。 3.在对偏振控制器的原理和功能进行大量的研究和实验的基础上,完成了偏振发生器系统。在输入为任意偏振态的情况下,实现任意的稳定的偏振态输出的功能。该系统精度最高可以达到0.5度,响应时间的典型值为50ms。据我们所知,目前文献和市场中尚未发现功能优于本系统的偏振发生器。偏振稳定器的成功实现,不但为PMD补偿的实现提供了有利的条件,也将为其它需要偏振稳定的系统同样地提供了有利的条件。

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