單模光纖中偏振效應(yīng)的理論研究及分析.pdf

1、本文對(duì)單模光纖中偏振效應(yīng)的理論進(jìn)行了研究。偏振模色散是高速通信系統(tǒng)的限制因素之一，其起因來(lái)自于光纖內(nèi)部分布的不均勻性以及外部環(huán)境的干擾。對(duì)于偏振模色散的研究,分段模型是較優(yōu)的選擇。原級(jí)聯(lián)模型經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可轉(zhuǎn)化為迭代模型。轉(zhuǎn)化后的模型物理意義明晰,在直觀上便于看出偏振模色散隨光纖分段增加的累積過(guò)程,具有較強(qiáng)的移植性。理論分析中指明了數(shù)值方法產(chǎn)生誤差的緣由，我們將由級(jí)聯(lián)模型得出的迭代模型，應(yīng)用于一階偏振模色散的研究,指出了一階模擬計(jì)算中必

2、需注意的問(wèn)題。在一階分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行二階偏振模色散的研究，數(shù)值模擬表明，該方法簡(jiǎn)潔明了，對(duì)于二階偏振模色散的兩個(gè)正交分量的研究，提供了非常直觀的方法，統(tǒng)計(jì)結(jié)果與理論相符。在偏振模色散數(shù)值模型處理中,光纖分段數(shù)N和分段長(zhǎng)度L是兩個(gè)基本的參數(shù)，直接影響偏振模色散的隨機(jī)特性，其選擇是比較復(fù)雜的問(wèn)題。在基本級(jí)聯(lián)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)偏振模色散的隨機(jī)特性進(jìn)行了分析，指出N和L的處理直接關(guān)系到級(jí)聯(lián)模型的分析結(jié)果。對(duì)N和L的選擇進(jìn)行的分析和探討中可以發(fā)現(xiàn),

3、分段數(shù)N的合適選取以及L的合理分布對(duì)建立模型至關(guān)重要，直接決定一階偏振模色散的分布特征。數(shù)值模擬表明，參數(shù)特性在級(jí)聯(lián)模型中起到?jīng)Q定性的作用。另一方面，級(jí)聯(lián)模型本身含有隨機(jī)特性，這是在討論偏振模色散隨機(jī)分布特性時(shí)應(yīng)該考慮的因素。數(shù)值模擬給出了一階偏振模色散矢量的隨機(jī)性特征，其特征通過(guò)三個(gè)分量表現(xiàn)出來(lái)。在一階的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了二階偏振模色散矢量的模擬計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與理論曲線吻合較好。二階偏振模色散可以分解為平行分量與垂直分量，模擬結(jié)果給出了這

4、兩個(gè)矢量的隨機(jī)分布特性，對(duì)二階偏振模色散的隨機(jī)性分析提供了比較全面的指導(dǎo)作用。偏振相關(guān)損耗是光通信系統(tǒng)中另一限制因素，偏振模色散和偏振相關(guān)損耗共同的作用，影響了系統(tǒng)的傳輸性能，在偏振模色散和偏振相關(guān)損耗特征矩陣的基礎(chǔ)上，對(duì)偏振模色散和偏振相關(guān)損耗之間的相互影響進(jìn)行了分析和模擬。結(jié)果表明，偏振相關(guān)損耗的增加單向改變偏振模色散的值,可能增大也可能減少。而偏振模色散的改變對(duì)偏振相關(guān)損耗的影響表現(xiàn)為復(fù)雜的關(guān)系：在偏振模色散增加的情況下，偏振相關(guān)

5、損耗的大小的改變起伏不定。偏振模色散的測(cè)量是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，在龐加萊球的基礎(chǔ)上,對(duì)原來(lái)偏振模色散的測(cè)量方法給出理論分析，研究表明，一階偏振模色散測(cè)量的誤差影響二階偏振模色散的測(cè)量。在偏振相關(guān)損耗很微弱可以忽略的情況下，我們提出一種全新的方法來(lái)測(cè)量二階偏振模色散。通過(guò)新方法，二階偏振模色可以直接測(cè)量，不需要通過(guò)一階偏振模色散對(duì)頻率求導(dǎo)。另一方面我們推導(dǎo)了偏振相關(guān)損耗的測(cè)量方程，得到了簡(jiǎn)易的偏振相關(guān)損耗的測(cè)量方法，測(cè)量速度較快。前面

6、的內(nèi)容主要在頻域里面進(jìn)行研究，在時(shí)域范圍里面，偏振模色散和偏振相關(guān)損耗會(huì)導(dǎo)致脈沖的展寬，這就要求提出一個(gè)更完善的方案，以分析存在偏振相關(guān)損耗條件下，脈沖的傳輸情況。我們給出新的數(shù)學(xué)描述方法，將偏振模色散，偏振相關(guān)損耗，以及啁啾都包含在內(nèi)。研究表明，啁啾高斯脈沖傳輸?shù)臅r(shí)延不僅受到偏振相關(guān)損耗的影響，還與自身的啁啾有關(guān)。在某種程度上，系統(tǒng)的偏振模色散可以通過(guò)改變偏振相關(guān)損耗和啁啾以得到控制。最后，我們討論了偏振態(tài)的演變規(guī)律和偏正效應(yīng)的補(bǔ)償方