摘 要

现代研究表明，在高速光纤通信系统当中，偏振膜色散对传输的质量和速度都有着巨大的影响。在10 Gb/s及更高速率的光纤通信系统中,如何减弱偏振膜色散已经成为我们面临的主要问题，它会使脉冲发生展宽与时延，导致输出的信号产生畸变，最终造成通信系统误码率的增加，降低系统的传输性能。本文首先对光纤的偏振光色散进行了分析，研究了PMD的形成原因，并在此基础上，探讨了PMD的传输脉冲展宽的影响，对PMD的补偿方案进行了仿真。具体内容如下：

一、对偏振模色散的基础理论进行了研究，从偏振膜的产生原理入手，解释了偏振膜色散的基本理论，分析了几大类PMD补偿的方法。

二、利用琼斯矩阵本征值法，研究了偏振色散对脉冲展宽的影响，并用matlab进行了仿真分析。

三、偏振模色散补偿方案作为本文研究重点，本文对基于主偏振态模型的PMD光域补偿方法进行了深入研究，通过对比补偿前后传输脉冲的展宽情况，着重借助matlab仿真研究了啁啾光纤光栅补偿法，同时也对光孤子的光纤补偿方法进行了介绍。最后将两种的优劣及发展趋势进行了比较。

关键词：光纤通信；偏振模色散；啁啾光纤光栅色散补偿

Abstract

Modern research shows that PMD has become an important determining factor limiting transmission capacity of optical fiber communication systems and distance. In the 20 Gb / s and higher speed optical fiber communication system, PMD can not be ignored, it will make the pulse broadening and distortion occurs, affect the transmission quality of the signal, and causes an increase in the communication system error rate, reduce the transmission performance of the system. Firstly, polarization dispersion of the optical fiber were analyzed to study the causes of PMD, and on this basis, to explore the PMD of the transmission pulse broadening effect on PMD compensation scheme was an example simulation. Details are as follows:

 First, the basic theory of polarization mode dispersion has been studied from the concept of the main polarization, polarizing film explains the basic theory of dispersion, analyzed several categories PMD compensation method.

Second, Jones matrix of the intrinsic value method to study the polarization dispersion on pulse broadening, and use matlab simulation analysis.

Third, the polarization mode dispersion compensation as the focus of another study, this paper PMD compensation method for optical domain master polarization model based on in-depth research by broadening the transmission pulse before and after contrast compensation, matlab simulation study focused by means of a chirped fiber grating compensation Act, as well as optical fiber soliton compensation methods were introduced. Finally, the development trend of the merits and two of them were compared.

Keywords: optical fiber communication; polarization mode dispersion; chirped Fiber Grating Dispersion Compensation

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目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

第2章 偏振模色散补偿的基础理论 4

2.1偏振模色散的基本理论 4

2.1.1光纤的双折射效应 4

2.1.2偏振模色散的定义 4

2.2 偏振膜色散补偿原理与方法 5

2.2.1电域补偿 5

2.2.2光电补偿 5

2.2.3光域补偿 6

第3章 PMD的光域补偿方法与matlab仿真 7

3.1 光纤光栅的原理及作用 7

3.1.1光纤光栅的简介 7

3.1.2光纤光栅在PMD当中的应用 7

3.2光纤光栅对色散补偿的matlab模拟 8

3.2.1仿真光纤光栅啁啾参数对脉冲展宽的影响 8

3.2.2光纤光栅对色散的补偿 10

3.2.3发展前景 15

3.3 光孤子传输的色散补偿技术 16

3.3.1基本概念 16

3.3.2光孤子通信原理 16

3.3.3 光孤子技术的色散补偿方案 17

第4章 总结与展望 19

4.1 全文总结 19

4.2 研究展望 19

参考文献 20

致谢 22

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1966-七月，英籍、华裔学者高锟博士（K.C.Kao）在PIEE 杂志上发表论文《光频率的介质纤维表面波导》，从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性。1970-美国康宁公司三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克用改进型化学相沉积法（MCVD 法）成功研制成传输损耗只有20dB/km的低损耗石英光纤，使长距离光纤通信成为可能。经过50余年的发展，光纤通信集高速，超低损耗，大容量多信道传输等优势，成为了现代通信网的主要支柱。随着互联网的普及和综合业务数字网的快速发展，现代人们生活已离不开高速光纤通信的支持。光纤通信的速度、带宽及传播距离也得到了数次升级。目前，光纤的单信道传输速率已发展到140 Gb/s或更高，并且出线了基于波分复用技术的新传输方式，传输速率已突破1Tb/s。伴随着光纤通信的发展，通信系统主要的提升瓶颈就是光纤传输系统本身，光纤通信的技术性能主要受到两方面因素的限制：一是光纤的损耗，二是光纤的色散，光纤的损耗直接影响着光信号的传播距离，光纤的色散则会影响信号的失真。随着各式光信放大器的出线，光纤损耗的问题已得到了比较理想的处理；电子色散补偿技术的应用也成功的应对了色度色散(ChromaticDispersion)产生的种种问题。在实际使用中，随着光纤通信距离的持续增加，原本在低速光纤通信中被忽略的偏振模色散(Polarization Mode Dispersion)已渐渐成为了制约光纤通信技术突破的新瓶颈。在高速率的光纤通信系统中，PMD的信号脉冲的影响已经颇为明显。明显的限制了数字传输系统的带宽，提升了误码率^[1][2] 。近20年以来，PMD迅速成为光纤通信领域的热门研究对象。PMD的值也在不断得被改善，用以适应不断提升的光线系统，。1993年美国ATamp;T公司率先将单模光纤的PMD系数最大值定为0.5ps/√km，这个值己成为行业的评价依据，国际电信联盟在这之后也根据技术发展的需要补充了一系列后续规范与要求。

在我国，由于对偏振模色散的研究起步较晚，早期铺设的光纤网络大都没有考虑PMD值对光纤通信传输质量的影响，光纤的PMD系数较大，严重影响着光纤系统的无缝链接和扩容，要让这些光纤能够满足当前通信需求，就必须对其PMD效应进行实时有效地补偿，以减弱偏振模色散的影响。新铺设的光纤网络虽然采用了PMD系数较小(0.1ps/√km左右)的新型光纤，但从长远考虑，这对远距离传输比特率为40 Gb/s及以上的信号，还是存在PMD的制约作用。因此，对偏振模色散及其补偿技术展开研究具有十分重要的意义，可以在不更换现有光纤通信网络的情况下，提升光纤通信的传输速率，实现光纤通信系统的升级，大大节约了重新铺设光纤网络系统的成本。同时也可以确保光纤通信速率及传输距离的进一步有效提升。