Stokes空間中的偏振解復用技術研究.pdf

1、近年來隨著云計算和大數據等業(yè)務的大規(guī)模發(fā)展，人們對信息傳輸速率和帶寬的需求日益增加。目前，光纖通信作為一種高速率、大容量且相對穩(wěn)定的信息傳輸方式，成為了解決這一需求的必由之路。
　　偏振復用技術(Polarization Division Multiplexing，PDM)通過利用光波的偏振特性，在同一信道中傳輸兩路同波長偏振態(tài)相互垂直的信號，能直接提高兩倍的頻譜利用率。目前，PDM技術已經非常成熟地應用到長距離光纖通信系統(tǒng)中。而

2、在短距離光纖傳輸系統(tǒng)中，相較于結構復雜、成本較高且計算量大的相干探測解復用技術，直接探測解復用技術成本低廉且復雜度低，更加適合作為該系統(tǒng)的檢測手段。同時，相對于Jones矩陣，Stokes空間由于采用了獨特的三維空間表示方法，可以更加直觀和具體地表示信號偏振態(tài)(State of Polarization，SOP)及其在傳輸中的變化過程，因此將其與電域的數字信號處理技術(Digital Signal Processor,DSP)相結合，可

3、以靈活地實現信號的偏振解復用與鏈路損傷補償。本論文以PDM的技術原理為依據，主要針對直接探測短距離光纖傳輸系統(tǒng)，采用軟件仿真和實驗驗證的方法，研究和驗證了Stokes矢量分析算法的可行性。
　　首先，本論文從PDM的基本理論分析出發(fā)，介紹了偏振光的定義、分類、描述方式以及幾種常用的偏振器件和PDM的實現方法，簡要分析了傳輸過程中色散(Chromatic Dispersion，CD)、隨機雙折射(Randomly Varying B

4、irefringence)、偏振模色散(Polarization Mode Dispersion,PMD)和偏振相關損耗(Polarization Dependent Loss，PDL)等對PDM系統(tǒng)性能的影響。并分別針對相干探測和直接探測簡要介紹了偏振解復用的常用辦法，同時針對強度調制直接探測(Intensity Modulation-Direct Detection，IM/DD)系統(tǒng)提出了一種簡化的斯托克斯矢量算法，簡化了偏振解復用

5、的結構，降低了算法復雜度以及系統(tǒng)的成本。
　　其次，利用VPItransmissionMakerTM光通信仿真平臺，搭建了PDM-IM/DD系統(tǒng)的仿真模型。驗證了Stokes空間與簡化Stokes矢量分析算法的可行性，并得出了兩種算法的偏振解復用效果基本相同的結論。同時，分析了色散、偏振模色散(PMD)以及偏振相關損耗(PDL)對PDM-IM/DD系統(tǒng)傳輸性能的影響。仿真結果表明在PDM-IM/DD短距離傳輸系統(tǒng)中PMD和PDL對

6、系統(tǒng)傳輸性能的影響可以忽略不計。
　　最后，搭建了20-Gbit/s的單偏振態(tài)OOK信號傳輸系統(tǒng)與2×10-Gbit/s的PDM-IM/DD傳輸實驗系統(tǒng)。在不同的傳輸距離(背靠背、10-km、25-km)下，兩種系統(tǒng)的傳輸性能進行了對比分析，驗證了簡化Stokes算法在PDM-IM/DD系統(tǒng)中的實際可行性。實驗結果表明，誤碼率相同(10-4)的情況下，對于不同的傳輸距離(背靠背、10-km、25-km)PDM系統(tǒng)與單偏振態(tài)系統(tǒng)相比