高速光纤通信中的偏振复用和码型调制理论

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1、高速光纤通信中的偏振复用和码型调制理论1绪论1.1高速光通信复用技术概述自20世纪末以来，光纤通信技术在很多方面都出现了重大突破和重要发明，如色散补偿技术、1550nm低损耗光纤、密集波分复用（D)技术、特殊码型调制技术、时分复用（OTDM)和频分复用（OFDM)技术以及光放大技术等[1]0光纤通信系统一直在朝着两个目标不断发展。一是延长传输距离，二是提高传输速率。想要提髙通信网的传输速率则要求更高的传输容量，下图1.1所示的是在1980年到2010年光纤系统容量的提高⑴。从图中可以看出，光纤系统商业的

2、发展与实验室研究的发展曲线相似。在30年的时间里，系统的传输比特率已经由增长到现代光纤系统的产品与第一代相比已经有了巨大的优势。想要达到越来越高的传输速率的需求，通过不停更换新光纤的方式也许可以满足但是这样的花费太高，时间也太长。所以找到一种提高光纤传输容量的方法是刻不容缓的，复用技术就是加大通信线路传输容量的一种很好的方法。从分割复用技术的域的角度可将复用技术分为频率域的频分复用（FDM)、空间域的空分复用（SDM)、时间域的时分复用（TDM)和码字域的码分复用（CDM)这些复用方式分别从不同的域来提

3、高系统的容量，丰富信号控制和交换方式。光通信最常用的复用技术有波分复用（)和光时分复用（OTDM)。以其简单、实用的特点在现代通信网中发挥重大的作用。应用技术，大量不同波长的信道可以同时在一根光纤中传输，使通信容量成倍或数十倍、数百倍的增加。OTDM技术是将时间喊分割成小的时间片分配给每一个用户，用户在时间上顺序发送信号并同时占有整个带宽，可以使一个固定波长的光波携带的信息量几十倍地增长。近些年来，开始大量的研究和OTDM相结合的技术。1.2偏振复用技术的发展及研究的意义除了D、OTDM和OFDM外，提

4、高单波长比特率来满足增长的带宽需求引起了普遍的关注。然而当比特率达到160G中都会限制每个波长比特率的增长。因此，当传输带宽受限时，偏振复用成为了提高传输容量的有效的方法之一。在偏振复用方式中，两束相同或不同波长的光可以同时在一根光纤中相互独立地传输，从而使光纤的信息传输能力提高一倍且不需要增加额外的带宽资源。所以偏振复用技术的提出对于实现高速传输是非常有意义的[5_7]。在上世纪八十年代的一次学术会议上，首次提出偏振复用技术，但当时的传输方案是使用保偏光纤（PMF)来实现偏振复用，由于保偏光纤的价格与

5、普通单模光纤（SMF)相比较高，而实际中投入使用的大多数都是SMF，这就使得以SMF作为传输媒质的偏振复用系统成为研究热点。国外对于偏振复用技术的研究更为深入并且取得了一定的成果。1991年，ClaudeHerard和AlainLacourt就在文献[8]中提出了偏振光复用的基础理论以及偏振光在单模光纤中的传播。1992年，S.G.EvangelidesJr.等人发表了文献[9]，文中基于孤子源发射的正交偏振态在系统中能保持其正交性的事实，提出了偏振/时分复用的方法，两路正交偏振的光孤子比特流在时间上交

6、叉复用。2001年，通过采用的复用器和银酸锂（LiNb03)调制器产生20G6ir/>s的光传输信号。在发射端用差分相移编码（DPSK)调制来控制信道间干扰，接收端允许适当调整偏振控制器来最小化干涉[10]。2偏振复用基本理论2.1光偏振概论光旳偏振性是光波自身固有特性，在光学上，经常把电场方向定义为偏振方向。要是光波的电场矢量在空间无规律地迅速变化，而不显示出任何的方向性，这种光称为非偏振光，或是自然光。根据麦克斯韦电磁理论，光波是横波，它的电矢量与传播方向是垂直的，把光具有的这种横向矢量特性称

7、为光的偏振[20]。若光的振动方向在传输过程中产生周期性的旋转，电矢量的末端将在空间画出一条螺旋轨迹，从与传播方向垂直的固定平面观察，等效于电矢量的末端在平面上旋转。对于这样的波，其电矢量在一个给定的一点上的大小不变，但以角频率旋转，这种的类型的波称为圆偏振波[21_22]。对于线偏振光而言，当两束光的光矢量的振动方向互相垂直时，即称为正交偏振光，对于椭圆偏振光和圆偏振光而言，当两束光分别为左旋光和右旋光时，即称为正交偏振光。如果自然光在传播过程中受到外界影响，造成了传输方向上强度不等，整体上呈现出一定

8、的偏振性叫做部分偏振光。2.2偏振光的描述方法国内对于偏振复用技术的研究相对于国外来说较慢，实际上早在1986年，在文[17]中就提到了这种新的光纤通信复用方式。文中阐述了偏振复用可以在一根光纤中同时传输两路相同波长的光信号，从而使光纤的信息传输能力提高一倍。为了分析偏振复用的指标，又提出了固有偏振消光比这个参数，并用回谐函数展幵法对单模光纤的固有偏振消光比进行了计算，并给出了相应的结果。只是当时这个新的复用技术并没有引起国内专家的关注，直