（物理电子学专业论文）偏振模色散自适应补偿系统的研究.pdf

北京邮电大学硕士论文 摘要 本论文由以下基金项目资助： 令国家“8 6 3 ”基金项目“光纤偏振模色散自适应补偿技术”， 项目编号：2 0 0 1 a a l 2 2 0 4 1 ； 夺国家“8 6 3 ”计划组长基金项目“高速光纤通信系统中偏振模 色散补偿的研究”，项目编号：8 6 3 3 1 7 - 0 4 1 2 9 9 ； 夺国家自然科学基金项目“高速光纤通信系统中偏振模色散自 动补偿技术的研究”，项目编号：6 0 0 7 2 0 4 2 。 偏振模色散是限制1 0 g b i t s 以上光纤通信系统进行长距离传输 的重要因素之一，是目前光纤通信领域的一个研究热点。本论文主要 围绕偏振模色散的自适应补偿技术而展开，重点讨论了偏振模色散自 适应补偿的原理、反馈控制算法，偏振模色散自适应补偿系统以及与 之对应的一些具体的实验，本论文的主要工作如下： 一、偏振模色散补偿的研究背景以及发展趋势 夺光纤通信的发展趋势。 夺发展高速光纤通信所遇到的障碍。 偏振模色散补偿技术的发展。 二、偏振模色散的理论基础 夺偏振光的相关描述。 夺偏振模色散的原理。 夺偏振模色散的分析模型。 三、偏振模色散的测量与补偿原理 冷偏振器件的相关介绍。 令偏振模色散的几种测量方法，包括时域测量和频域测量。 夺偏振模色散的补偿原理，包括电补偿和光补偿等，并对几种 补偿方法进行了对比。 四、偏振模色散补偿的反馈控制算法 介绍了有关反馈控制信号的选择。 令详细分析了进行搜索补偿p m d 的粒子群优化算法，并给出具 体的拓扑结构。 夺讨论了进行p m d 跟踪补偿的算法，具体分析了抖动算法跟踪 p m d 最佳点的整个过程。 北京邮电大学硬士论文 五、偏振模色散自适应补偿系统 进行了各种速率的光纤通信系统中的一阶、二阶p m d 的补偿实 验，具体包括： 夺电功率法补偿2 5 g b i t s 光通信系统中的一阶p m d 夺光纤光栅代替可变时延线补偿2 5 g b i t s 光通信系统中的一阶 p m d 冷d o p 法补偿1 0 g b i t s 光通信系统中的一阶、二阶p m d 冷d o p 法补偿1 0 g b i t s 光通信系统中的c d 和p m d 冷d o p 法补偿4 0 g b i t s 光通信系统中的一阶、二阶p m d 关键词：光纤通信偏振模色散自适应补偿偏振度反馈控制 北京邮电大学硕士论文 t h er e s e a r c hw o r k si nt h i sd i s s e r t a t i o na r es u p p o r t e db yf o l l o w i n g f o u n d a t i o n ： 冷n a t i o n a l8 6 3h i 曲t e c h n o l o g yi m p o r t a n tp r o j e c t ，n o 2 0 0 1 a a l 2 2 0 4 1 ， t e c h n o l e 西e so f a d a p t i v ec o m p e n s a t i o n f o r p o l a r i z a t i o nm o d e d i s p e r s i o n ” 冷n a t i o n a l8 6 3h i g h t e c h n o l o g yp r o j e c t ，c h a i rf o u n d a t i o n ，n o 8 6 3 317 0 4 12 9 9 “t h es t u d yo nc o m p e n s a t i o n f o rp o l a r i z a t i o n m o d e d i s p e r s i o n i nh i 幽b i tr a t eo p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n s y s t e m s ” 夺n a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a ，n o 6 0 0 7 2 0 4 2 ， “t h es t u d yo nt h et e c h n o l o g i e so f a u t o m a t i cc o m p e n s a t i o nf o r p o l a r i z a t i o nm o d e d i s p e r s i o n i nh i 曲b i tr a t eo p t i c a lf i b e r c o m m u n i c a t i o n s y s t e m s ”。 p o l a r i z a t i o nm o d e d i s p e r s i o n ( p m d ) i s c o n s i d e r e dt ob eo n eo ft h e m a i no b s t a c l e sf o rl o n g - h a u lo p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s w i t h t h es p e e d b e y o n d1 0 g b i t s t h e r e f o r e ，i t h a sb e e nah o tt o p i ci nr e c e n t y e a r s k e yt e c h n i q u e s i na d a p t i v e p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n ( p m d ) c o m p e n s a t i o n i nt h e h j 【g hs p e e do p t i c a lc o m m u n i c a t i o n s u s t e m si st h e m a i ni s s u eo ft h i si s s e r t a t i o n t h et h e o r yo fa d a p t i v ep m dc o m p e n s a t i o n a n dt h ea l g o r i t h mo ff e e d b a c kc o n t r o l l i n ga r es u s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e d i na d d i t i o n 。t h em o s ti m p o r t a n tp a r to ft h i sd i s s e r t a t i o ni st h es y s t e mo f a d a p t i v ep m dc o m p e n s a t i o n a n dt h ec o r r e s p o n d i n g e x p e r i m e n t s a b o v ea 1 1 t h er e s e a r c hw o r l ( si nt h ed i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e d a s f o l l o w s ： 1 t h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n dd e v e l o p m e n to f p m dc o m p e n s a t i o n t h e d e v e l o p m e n t o f o p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n 夺t h eo b s t a c l e so f h i g h s p e e do p t i c a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m t h e d e v e l o p m e n t o f t e c h n i q u e s o np m d c o m p e n s a t i o n 2 t h et h e o r y f o u n d a t i o no f p m d 夺t h e d e s c r i p t i o no f p o l a r i z a t e dl i g h t 夺t h e t h e o r yo f p m d 夺t h et h e o r e t i c a lm o d e l so fp m d 3 t h et h e o r yo f t e s t i n ga n d c o m p e n s a t i n g p m d 夺t h ei n t r o d u c t i o no f p o l a r i z a t e di n s t r u m e n t s 夺t h em e t h o d so f t e s t i n gp m d ，i n c l u d i n gt e s t i n gi nt i m ef i e l da n d f r e q u e n c e f i e l d t h e t h e o r y o f c o m p e n s a t i n gp m d ，i n c l u d i n go p t i c a l 3 北京邮电大学硕士论文 c o m p e n s a t i o n a n de l e c t r i c a lc o m p e n s a t i o n 4 t h e f e e d b a c ka l g o r i t h mo fp m dc o m p e n s a t i o n 夺t h es e l e c t i o no ft h ef e e d b a c kc o n t r o ls i g n a l 冷t h e a l g o r i t h m o f p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n ( p s o ) i se x p l a i n e d i nd e t a i la n dt h ed i f f e r e n tt o p o l o g i e so fp s 0a l e p r o p o s e d 4 - t h e t r a c k i n ga l g o r i t h m i si n t r o d u c e d t h ew h o l e p r o c e s so f t r a c k i n gt h eb e s tp o i n to f p m d i sd i s c u s s e d 5 t h es y s t e mo f a d a p t i v ep m d c o m p e n s a t i o n s e v e r a lr e p r e s e n t a t i v ee x p e r i m e n t sa l es h o w ni nt h i sp a r t ，a s f o l l o w s ： 夺f i r s t o r d e ra d a p t i v ep m d c o m p e n s a t i o n i n2 5 g b w s o p t i c a l c o m m u n i c a t i o ns y s t e m b yu s i n gp o w e r o f s p e c i f i cf i e q u e n c y c o m p o n e n t a st h em o n i t o rs i g n a l 。 夺f i r s t o r d e ra d a p t i v ep m d c o m p e n s a t i o n i n2 5 g b i t so p t i c a l c o m m u n i c a t i o ns y s t e m b yt a k i n g f i b e rg r a t i n ga st h ed e l a y e q m p m e n t ， 夺f i r s t o r d e ra n ds e c o n d o r d e ra d a p t i v ep m dc o m p e n s a t i o n i n 10 g b i t so p t i c a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e mb y u s i n gd e g r e eo f p o l a r i z a t i o n ( d o p ) a s t h ef e e d b a c ks i g n a l 夺c da n dp m d c o m p e n s a t i o n i n1 0 g b i t ss y s t e m b y d o pa st h e f e e d b a c ks i g n a l 夺f i r s t o r d e l a n ds e c o n d o r d e ra d a p t i v ep m d c o m p e n s a t i o n i n 4 0 g b i t so p t i c a lc o m m u u i c a t i o ns y s t e mb yu s i n gd e g r e eo f p o l a r i z a t i o n ( d 0 1 ) a st h ef e e d b a c ks i g n a l k e y w o r d s ：o p t i c a l c o m m u n i c a t i o n ，p o l a r i z a t i o n m o d e d i s p e r s i o n ， a d a p t i v ec o m p e n s a t i o n ，d e g r e eo f p o l a r i z a t i o n ，f e e d b a c k c o n t r o l 4 论文资助来源 国家“8 6 3 ”基金项目 光纤偏振模色散自适应补偿技术 ( 项目编号：2 0 0 l a u a l 2 2 0 4 1 ) 国家“8 6 3 ”计划组长基金项目 高速光纤通信系统中偏振模色散补偿的研究 ( 编号：8 6 3 3 1 7 - 0 4 - 1 2 - 9 9 ) 国家自然科学基金课题项目 高速光纤通信系统中偏振模色散自动补偿技术的研究 ( 项目编号：6 0 0 7 2 0 4 2 ) 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特，j n 以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：丛妇日期：曼照二i ： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名 毯翊日期：塑堡：；12 一盒垒姿日期：三! 竖：! ：z ： 北京部电大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 偏振模色散的研究背景 1 1 1 光通信的发展趋势 随着人类社会信息化时代的临近，对通信的需求呈现加速增长的趋势，因此 必须不断提高光纤通信系统的传输容量才能满足信息传送量增长的需要。提高系 统的传输容量主要有两种途径：其一是在光域上进行复用，即一根光纤上传送多 个光信道，如采用d w d m 、o t d m 等光复用技术；另一条途径是提高单信道系 统的速率，1 9 9 3 年2 5 g b i t s 的系统已经实用化，1 9 9 5 年推出了1 0 g b i r i s 的系统， 2 0 0 3 年后4 0 g b i t s 的系统逐步得到实用【l 】。 从光纤通信的发展历史来看，每当单信道传输速率提高4 倍，每比特的传输 成本大约下降3 0 4 0 。其主要原因是：提高单信道的速率，能够有效地利用 频带，频谱效率高，同时也带来了设备成本的降低。如果4 0 g b i t s 技术成熟， 4 0 g b i t s 产品可以以2 5 倍于1 0 g b i t s 的价格提供4 倍于1 0 g b i t s 的容量，并降低 设备的复杂性和数量，节省机房空间，便于运行维护。同时，高速系统的出现不 仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体 通信提供了实现的可能。更大的带宽可以让运营商更加灵活有效地提供服务吐。3 1 。 1 1 2 发展高速光纤通信系统的障碍 迄今为止，国际上的高速率光传输实验一直在继续，不断刷新单根光纤传输 容量和传输距离的记录，多数实验系统选择了4 0 g b i t s 作为单倍道速率，但 4 0 g b i t s 光传输系统在应用上还存在很多技术障碍。 一方面，在4 0 g b i t s 系统中，要解决的最根本问题是如何实现低成本、大容 量、远距离的光传输。当信号速率达到4 0 g b i t s 时，光信号受到色度色散( c d ) 、 偏振模色散( p m d ) 、非线性效应、光信噪比( o s n r ) 等光学特性方面的限制， 远距离传输4 0 g b i t s 信号所遇到的困难将是传输1 0 g b i t s 信号的数倍。 ( 1 ) 色度色散 色度色散是由于不同波长的光在光纤中传播速度不同，而引起的脉冲波形的 展宽。当脉冲展宽到一定程度时，将产生严重的码间干扰，这就是波长色散( 即 色度色散) 的影响。光网络的色散容限与传输的比特率平方成反比。当数据速率 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 增加时，色散容限会大大降低。色度色散是限制光纤通信系统向高速率和长距离 发展的主要因素之一，特别是对于大量铺设的标准单模光纤( g 6 5 2 ) ，若工作波 长窗口在1 5 5 0 m ，则色度色散问题尤为严重。 ( 2 ) 偏振模色散( p m d ) 光信号在传输时以两种偏振态存在，且互为正交。这两种模式在传播时由于 速度不同而引起信号的离散，使得在接收端很难解析光信号。这种现象称为偏振 模色散( p m d ) 。偏振模色散对1 0 g b i t s 以下速率的影响很小，基本上可以不用 考虑，对于1 0 g b i t s 及其以上速率，以前不太突出的偏振模色教成为限制系统升 级的一个关键因素。当单信道光传输速率达到4 0 g b i t s 时，偏振模色散将出现明 显的高阶效应，其严重影响系统的传输性能。所以，进行自适应的补偿偏振模色 散是系统升级到4 0 g b i t s 和长距离传输中必须解决的问题之一【4 4 】。 ( 3 ) 非线性效应 为了提高光信号的传输距离，应用光放大器提高光信号的入纤功率，当入纤 功率达到一定值之后，光纤开始出现非线性效应，使接收机无法解读信号。光纤 的非线性效应一般分为两类，一类与折射率相关( k e r r 效应) ，通常指自相位调 制、交叉相位调制、四波混频等，这几种非线性效应与光纤色散密切相关。另一 类为受激散射，如受激布里渊散射和受激喇曼散射，受激散射与光纤中的光功率 密度相关。 解决光纤非线性影响的根本性措施是降低光纤纤芯中的光功率密度。在 4 0 g b i t s 系统中，克服非线性效应的影响，有两种常见的方法：一是选用新的大 有效面积光纤作为传输线，可降低非线性发生的几率或影响程度，是解决非线性 效应影响最有效的措施。二是光信号采用新的调制码型，如r z 码等。 ( 4 ) 光信噪比 光信噪比( o s n r ) 是指传输的有用光信号与泄漏到系统其它噪声信号的比 值。在光纤中传输的光信号强度随传输距离的延长而减弱，通常需要用光放大器 来补偿光纤中的光信号减弱。在放大有用的光信号的同时，也放大了无用的噪声 信号，同时放大器也会带来自身的噪声。相对1 0 g b i t s 系统而言，4 0 g b i t s 系统 对光信噪比的要求更高。 在4 0 g b i t s 系统中，实现低噪声放大是非常关键的。在给定光纤跨度后，可 以合理利用o s n r 值来决定发射机的发射功率。提高光信噪比的一个重要方法 是在光路中进行低噪声的光放大并辅以严格的光增益均衡，如采用分布式喇曼放 大结合掺铒光纤放大器方法等。 另一方面，在4 0 g b i t s 系统设备上，需要将低速的网络业务复用为4 0 g b i t s 信号并成帧，然后选择适合传输的格式进行码型变换，并进行驱动和调制。最后， 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 将其发送到光纤上传输。这其中涉及到电子和光电子方面的技术，同样也面临着 很多技术上的难题和挑战0 1 。 ( 1 ) 电子特性限制及其克服 从现阶段电路技术来说，4 0 g b i t s 已接近”电子瓶颈”的极限。在4 0 g b i t s 系 统中，要求更高速度和更大规模的成帧器、映射器、开销处理器、接收机、发射 机及复用器等芯片，这些芯片在1 0 g b i t s 系统中，实现已经相当的困难。4 0 g b i t s 器件在电路方面的复杂程度、信号处理速度以及材料的物理特性上的要求比 1 0 g b i t s 更高，4 0 g b i f f s 系统集成电路的设计面临着很大的挑战。采用新的材料 来设计和制造4 0 g b i t s 系统的芯片，是克服电子特性限制的一个重要手段。另外， 采用新的制造工艺也是推动4 0 g b i t s 系统器件发展的一个重要方面。 ( 2 ) 光器件封装技术限制及其克服 光器件的封装一直是系统发展的限制因素之一，对于4 0 g b i t s 系统雨言尤为 明显。因为4 0 g b i t s 的接收机和发射机必须在较宽的温度范围长期稳定工作。此 外，由于4 0 g b i t s 有较高的功率和对于各种损伤较低的容忍性，这使得系统对于 发射机与接收机与光纤耦合所产生误差的容忍度非常小，大多数情况在0 2 微米 左右。有些厂家在开发基于v c s e l 的4 0 g b i t s 发射机，因为该发射机具有很大 的数值孔径从而降低与光纤耦合的要求，以便降低成本。 北京邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 2 偏振模色散补偿技术的发展 偏振模色散是由光纤不圆度、光纤内部残留应力、环境温度变化等因素引起 相互正交的两个偏振基模因传输速度不同而导致的脉冲展宽。在2 5 g b s 以下的 光纤通信系统中几乎感觉不到偏振模色散的存在。当传输码率大于1 0 g b s 时， 偏振模色散对系统的损害就明显地表现出来。偏振模色散成为高码率光纤通信系 统发展的主要障碍【l ”。 光纤中的p m d 大小用p m d 系数表示，表卜l 显示了不同p m d 系数的光纤 在不同速率下的最大传输距离。从表卜1 可以看出，p m d 对低速率的光纤通信 系统影响不大，例如，对于2 5 g b i t s 传输系统，当p m d 系数为l p s 忌m 时，可 传输1 6 0 0 k m ，当p m d 系数为0 5 p s 拥时，可传输6 4 0 0 k i n ；但是对于1 0 g b i “s 的传输系统，传输距离就大幅度缩短，分别只能传输1 0 0 k m 和4 0 0 k m ；对于 4 0 g b i t s 的传输系统，p m d 已经严重制约了系统的传输性能，传输的距离6 k m 和2 5 k m 。由此可见，p m d 是影响高速光纤通信系统传输距离的主要因素之一， 必须加以改进。 表卜1p m d 系数与不同速率传输系统中最大传输距离的关系 p m d 系数最大传输距离( k m ) l p s l q l c r n 2 5 g b i t s1 0 ( m i t s4 0 g b i t s 1 3 o1 7 8 1 1 1| 1 o1 6 0 01 0 06 l o 56 4 0 04 0 0 2 5j o 24 0 0 0 02 5 0 01 5 6 1 o 11 6 0 0 01 0 0 0 06 2 5 目前，国际上有关偏振模色散的研究发展很快，主要集中在p m d 的统计特 性、p m d 的测量技术、p m d 对系统的影响、p m d 的缓解技术以及自适应补偿 技术的研究等几个方亟。在1 9 9 4 年以前人们研究的重点是光纤中偏振模色散产 生的机理和测量方法，这些测量方法分为两大类，一类是时域测量法，另一类是 频域测量法。1 9 9 4 年后重点转向开展p m d 对光纤通信系统传输性能影响的研究。 在最近几年，国内外对p m d 的研究发展非常迅速，在各类杂志期刊以及会议上 有关p m d 的文章数量不断增加。在国际著名的光通信会议上，o f c 2 0 0 1 中总共 5 0 6 篇的文章里，关于p m d 的文章有3 6 篇，提到p m d 的文章有6 8 篇2 j ；o f c 2 0 0 2 中专门讨论p m d 的小组就有5 个，3 0 多篇专门讨论p m d 论文，涉及到p m d 的 特性、p m d 对系统的影响等等几个方面；o f c 2 0 0 3 中提到p m d 的文章有5 0 多篇：o f c 2 0 0 4 中也有4 个小组专门讨论有关p m d 的内容。这些充分说明了 4 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 p m d 的研究在目前高速光纤通信系统中所占据的重要性，引起业界的广泛重视 1 4 - 2 1 。 从我国目前对p m d 的研究现状来看，相比国外一些通信发达国家还有一定 的差距，因此，在p m d 的研究上还应该花费更多的时间和精力。 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 1 3 论文的结构安排 本论文针对偏振模色散的发展、基本理论、补偿技术、补偿算法以及自适应 补偿算法等几个方面进行了讨论，论文的具体安排如下： 第一章绪论，主要从光通信的发展趋势，发展高速光纤通信所遇到的障碍以 及当前偏振模色散补偿技术的发展等几个方面进行了论述。 第二章偏振模色散的理论基础，回顾了偏振模色散的基本理论，包括偏振光 的描述、偏振模色散的原理、高阶偏振模色散以及研究偏振模色散的理论模型等。 第三章偏振模色散的测量与补偿原理，从偏振模色散的测量方法、补偿原理 以及补偿技术等几个方面进行了叙述，重点对比了几种不同的补偿技术。 第四章偏振模色散的反馈控制算法，介绍了进行p m d 补偿的反馈控制信号 的选择以及实验中采用的补偿算法，包括搜索和跟踪算法，重点强调粒子群优化 算法作为搜索补偿算法的优势。 第五章偏振模色散自适应补偿系统，该部分是本文的重点，详细介绍了各种 具体的实验系统，包括2 5 g b i t s 、1 0 g b i t s 、4 0 g b i t s 实验系统中进行的各种相关 参数的测量以及补偿前后结果比较等。 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 参考文献 1 顾畹仪，李国瑞，“光纤通信系统”，北京邮电大学出版社，1 9 9 9 2 】刘颂豪，陈伟成，罗爱平，徐文成，廖常俊，“从o f c 2 0 0 1 看世界光通信的 新发展”，激光与红外，2 0 0 1 ，v 1 3 ，n 6 ，p p 3 2 3 3 7 2 3 吕建新，毛谦，“4 0 g b i t s 光传输技术及应用前景”，通信世界，2 0 0 4 9 。 4 】4d s a r c h i ，a n dg r o b a ，“p m dm i t i g a t i o nt h r o u g hc o n s t a n ts p i n n i n ga n dt w i s t c o n t r o l ：e x p e r i m e n tr e s u l t s ，”o f c 2 0 0 3t e c h n i c a ld i g e s t ，p a p e rw j 2 ，p p 3 6 7 3 6 8 ， 2 0 0 3 4 5 】m i n g j u nl i ，x i nc h e n ，a n dd a n i e la n o l a n ，“u l t r al o wp m d f i b e r sb yf i b e r s p i n n i n g ”，o f c 2 0 0 4 ，p a p e r f a l ，2 0 0 4 。 6 j x c a i ，e t a l ，“a d w d m d e m o n s t r a t i o no f 3 7 3 t b s o v e r l l 0 0 0 k m u s i n g3 7 3 r z d p s kc h a n n e l sa t1 0 g b s ，”o f c 2 0 0 3 ，p o s t d e a d l i n ep a p e r s ，p d 2 2 ，2 0 0 3 7 y z h u ，w l e e , a h a d j i f o f i o u ， 4 0 g b s - b a s e dl o n gs p a nw d mt r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g i e s ”，皿i c et r a n s c o m m u n ，e 8 5 ，b 2 ，p p 3 8 6 3 9 1 ，2 0 0 2 8 h b i l l o we ta 1 ， e l e c t r o n i ce q u a l i z a t i o no ff i b e rp m di n d u c e dd i s t o r t i o na t1 0 g b i t s ”，o f c 9 8 ，w 1 1 9 w k a i s e r ，s o t t e ，t w u t ha n dw r o s e r t k r a n z ，“e x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o no f r e d u c e d s e n s i t i v i t yo fo p t i c a ld u o b i n a r ym o d u l a t i o nt o h i g h e ro r d e rp m d i o f c 2 0 0 2 ，t u l 5 1 0 】r n o e ，d s a n d e l ，m y d i e r o l f , e ta l ， p o l a r i z a t i o n m o d ed i s p e r s i o n c o m p e n s a t i o n a t1 0 ，2 0a n d4 0g b sw i t hv a r i o u so p t i c a le q u a l i z e r s ”j l i g h t w a v e t e c h n 0 1 ，1 9 9 9 ，v 1 7 ，n 9 ，p p l 6 0 2 。1 6 1 6 【11 c r a i gd p o o l e ，e i g e nl i g h tc o r p o r a t i o n , o c e a n ，e ta l ， p o l a r i z a t i o ne f f e c t si n l i g h t w a v es y s t e m s ”，a t & tl a b o r a t o r i e s r e s e a r c h ，h o b n d e l n e wj e r s e y 1 2 o f c 2 0 0 1c o n f e r e n c e p r o c e e d i n g s ，2 0 0 1 。3 ，a n a h e i m ，c a l i f o r n i a , u s a 1 3 】o f c 2 0 0 2c o n f e r e n c ep r o c e e d i n g s ，2 0 0 2 3 ，a n a h e i m ，c a l i f o r n i a , u s a 【1 4 】f _ h e i s m a n n ，d a f i s h m a n , d l w i l s o n ，“a u t o m a t i cc o m p e n s a t i o no f f i r s t - o r d e r p o l a r i z a t i o n m o d ed i s p e r s i o ni na1 0 g b st r a n s m i s s i o n s y s t e m ” e c o c 9 8 v j l i p p 5 2 9 5 3 0 1 5 n ay o u n gk i m ，j a e h y o u n gp a r k ，r l y a n l a ok i m ，a n dn a m k y o op a r k ，“s e c o n d o r d e rp m d c o m p e n s a t i o nu s i n gc o r r e l a t i 0 1 1f a c t o rb e t w e e nd e g r e eo f p o l a r i z a t i o n a n d d e p o l a r i z a t i o nr a t e ”，o f c 2 0 0 2 ，w 1 6 1 6 h r o s e n f e l d t ，c k n o t h e ，r u l r i c h ，e b r i n k m e y e r , u f e i s t e ，c s c h u b e r t ，j b e r g e r , r l u d w i g ，h gw e b e r a n da e r h h a r d t ，“a u t o m a t i cp m d c o m p e n s a t i o na t4 0 g b sa n d8 0 g b su s i n ga3 - d i m e n s i o n a ld o pe v a l u a t i o nf o r f e e d b a c k ”，o f c2 0 0 1 ，p o s t d e a d l i n ep a p e rp d 2 7 1 1 7 】m k a r l s s o n ，j b r e n t e l ， a u t o c o r r e l a t i o nf u n c t i o no ft h ep o l a r i z a t i o n m o d e d i s p e r s i o nv e c t o r ，o p t l e t t ，1 9 9 9 ，v 2 4 ，n 1 4 ，p p 9 3 9 9 4 1 1 8 n g i s i n ，“s t a t i s t i e so f p o l a r i z a t i o nd e p e n d e n tl o s s e s ”，o p t c o r n m u n 1 9 9 5 ，1 1 4 ， p p 3 9 9 4 0 5 1 9 】o k a r l s s o n ，j b r e n t e l ，a n dp ，a a n d r e k s o n ，“l o n g t e r mm e a s u r e m e n to f p m d a n d p o l a r i z a t i o nd r i f ti ni n s t a i l e df i b e r s ”，j l i g h t w a v et e c h n 0 1 ，v 0 1 1 8 p p 9 4 1 - 9 5 l ，j u l y2 0 0 0 2 0 g j f o s c h i n ia n dc d p o o l e ，“s t a t i s t i c a lt h e o r yo f p o l a r i z a t i o nd i s p e r s i o ni n s i n g l em o d ef i b e r s ，”j l i g h t w a v et e c h n 0 1 ，v 0 1 9 ，p p 1 4 3 9 1 4 5 6 ，n o v 1 9 9 1 7 北京邮电大学硕士论文第一章绪论 2 1 g j f o s c h i n i ，l e n e l s o n ，r m j o p s o n ，a n dh k o g e l n i k ， p r o b a b i l i t y d e n s i t i e so fs e c o n d - o r d e rp o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n i n c l u d i n gp o l a r i z a t i o n d e p e n d e n tc h r o m a t i cf i b e rd i s p e r s i o n ，” ：e e ep h o t o n t e c h n 0 1 l c t t ，v 0 1 1 2 ，p p 2 9 3 - 2 9 5 ，m a r 2 0 0 0 北京邮电大学硕士论文 第二章偏撮模色散的理论研究 第二章偏振模色散的理论研究 2 1 偏搌光的描述 为了深入的理解偏振模色散的概念，必须对偏振光的概念及其表示方法有一 定的了解，因此在这- - , j , 节首先介绍偏振光的概念和表示方法。 2 1 1 偏振光的基本概念”o 。i 光的偏振现象是横波特有的现象，光矢量始终沿着同一方向振动或者说光矢 量始终保持在一个固定的振动面内，这样的光就称作线偏振光。光矢量沿着某些 方向的振动较强，而沿着另一些方向的振动较弱，这样的光称作部分偏振光。与 偏振光对应的是自然光，即光矢量在各个方向上的分布是对称的，振幅也可以看 作是完全相等的。 线偏振光经过晶片后将分成振动面互相垂直的o 光和e 光， a 。= a c o s a ，a 。= a s i n a s 矗 偏振片 图2 - 1 偏振光的产生 光 这两束光在晶体中的传播速率不同，通过晶片后将产生一定的相位差。 妒：_ - 2 z ( n o - - r e ) d 由垂直振动的合成知识可知，当晶片的厚度满足 妒= k z ( k = 1 , 2 ，3 ) 时，o 光和e 光叠加后还是线偏振光；当妒k z ( k = 1 , 2 ，3 ) 时，o 光和e 光叠加后，光矢量的端点将描绘出椭圆轨迹，这样的光称为椭圆偏 振光。 9 北京邮电大学硕士论文第二章伯摄模色散的理论研究 平面电磁波是横波，电场和磁场彼此正交 只有x 、y 方向的分量，平面波可以表示为 e = a c o s ( 。e + 氏) 其中，r = c o t 一拓，写成分量形式为 l e ：= 以c o s 0 + 巧i ) e y = a ，c o s ( r + 如) 【e ：= 0 因此当光沿z 方向传输时，电场 ( 2 - 1 ) ( 2 - 2 ) 消去r ，可得电场矢量曲线 c 丢2 霹+ c 去，2 彰一z 篝考c 。s 占= s m 2 6c z 嘲 其中巧= 占，一点，公式( 2 - 3 ) 为一椭圆方程，说明电场矢量的端点所描绘的轨迹 是一个椭圆，即在任一时刻，沿传播方向上，空间各点电场矢量末端在x y 平面 上的投影是一个椭圆；或在空间任一点，电场端点在相继各时刻的轨迹是一椭圆。 在公式( 2 - 3 ) 中，当艿= 疋一6 i = m z r ( m = o ，l ，蛇，) 时，椭圆就会退化为一 条直线，这时 e z _ y ：f l 、m 生 ( 2 4 ) 电场矢量e 就称为线偏振。 如果e 。、e ，两分量的振幅相等，且其相位差为石，2 的奇数倍，即 a x = a ，= a ，占= 疋一正= m x l 2 ( m = + - 1 ，+ - 3 ，+ - 5 ，) ，则( 2 - 3 ) 简化为 e ：+ e ：= a 2( 2 - 5 ) 称为圆偏报。 由于两振动方向相互垂直的偏振光相加时，一般形成椭圆偏振光。两偏振光 的振幅比a 。a ；及其相位差占决定了这个椭圆的长、短轴之比及其在空间的取 向。这表明只需要两个特征参量：a 。4 ，和艿就可以表示任一光波的偏振态。下 面介绍描述椭圆偏振光各参量关系的四种表示方法。 2 ，1 2 描述偏振光各参数的物理解释 如图2 一z