偏振模色散及其补偿技术

光纤偏振模色散原理,测量与自适应补偿技术光纤偏振模色散是指光信号传输过程中光的偏振模式随着频率的变化所引起的色散现象。

光纤偏振模式也称为基模和高阶模。

在光信号传输过程中，由于光纤的光学特性，不同偏振模式的传播速度会有所差异，从而导致光信号在传输过程中发生色散现象。

光纤偏振模色散的原理可以通过折射率的变化来解释。

光纤的折射率与光的频率有关，不同频率的光在光纤中传播时会受到不同程度的折射率变化影响，从而导致不同偏振模式的传播速度产生差异。

由于光信号是由多个频率组成的，因此不同频率的光会受到不同程度的偏振模色散影响，从而导致光信号传输时频域的变形。

测量与自适应补偿技术是一种可以减小光纤偏振模色散影响的方法。

常见的测量与自适应补偿技术包括光时域反射技术、分光技术、电子数字信号处理技术等。

光时域反射技术是一种通过测量光信号在光纤中传播的时间来实现对偏振模色散的测量与补偿的方法。

该技术利用光在光纤中传播的速度与偏振模式的色散程度相关，通过测量光信号的传播时间可以获得偏振模色散的信息，进而对光信号进行补偿。

分光技术是一种通过将光信号分成不同频率段，分别测量不同频率段的偏振模色散，然后对不同频率段的光信号进行调整以实现补偿的方法。

该技术通过将光信号经过特定光路进行分光，然后对每个频率段的光信号进行偏振模色散测量，并根据测量结果进行补偿。

电子数字信号处理技术是一种通过将光信号转换成电信号并进行数字信号处理的方法来实现对偏振模色散的测量与补偿。

该技术通过将光信号转换成电信号，并利用数字信号处理技术对电信号进行处理，从而可以获得光信号的频谱信息，进而实现对偏振模色散的测量与补偿。

总之，光纤偏振模色散是光信号传输过程中光的偏振模式随频率变化所引起的色散现象。

测量与自适应补偿技术是减小光纤偏振模色散影响的一种方法，常见技术包括光时域反射技术、分光技术和电子数字信号处理技术。

这些技术可以对偏振模色散进行测量与补偿，提高光信号在光纤中的传输质量。

高速光纤通信中的偏振模色散及其补偿技术作者：孟令飞刘世龙祖学锋来源：《中国新通信》 2018年第14期【摘要】在高速光纤通信的传播过程中，存在着诸多的干扰因素，其中起到重要约束作用的便是最容易被忽略的偏振膜色散。

为了进一步发展这种快速的光纤通信系统，本文对偏振膜色散进行了探讨，明确偏振膜色散在通信设备中的地位，探讨了光纤中偏振膜色散的补偿技术，并提出了其发展前景。

【关键词】光纤偏振膜色散前景引言：随着时代的进步，通信技术逐渐的融入了人们的生活中，成为我们生活中必不可少的联系方式。

人们对于通信系统的要求也就越来越高，从原来的2G 网络到现在的4G网络，大大加快了速度。

将来人们对于网络的要求可能会更高，所以广大通信工作者们一直在努力完善，力求满足人们的进一步需求。

研究发现，看似不起眼的偏振膜色散，尽管一直以来都是容易被忽略的，但其实它在通信技术中走着非常重要的决定性作用。

一、光纤中的偏振膜色散分析偏振膜色散显然是通过偏振膜来达到人们想要的效果的。

光纤分为单模光纤和多模光纤，我们主要说的是单模光纤。

在单模光纤中，是由两个偏振膜来控制，这两个偏振膜一个横着一个竖着形成直角，当受到一些敏感因素的影响时，通过展宽信号传递通道的方式形成偏振膜色散。

偏振膜色散的出现也有很多方面的干扰因素，从光纤的质地来看，由于人为因素的存在，光纤的形状是不规则的，什么样式的都有，这当然会对偏振膜的色散产生影响。

光纤的使用离不开光缆的存在，工人们在铺设光缆的时候，由于各种各样的因素会对光缆产生影响，从而影响到偏振膜色散。

如何测量光纤中偏振膜色散也是一个重要的问题。

由于测量方法有很多，各种各样的测量方法中的误差也是多种多样。

不同仪器的影响因素也是不同的，所以在测量中寻找合适的方法也是一个重要的组成部分。

通过对不同的数据作比较，寻找准确的测量方式，以达到更好的效果。

二、光纤中偏振膜色散的补偿技术通过近年的不断研究，人们对偏振膜色散已经有了很好的认识。

光纤通信系统中偏振模色散效应的补偿设计一、引言随着社会的信息化,用户对通信容量的需求日益增加,未来全业务服务中每一用户的容量需求可能超过100 Mb/s。

在这种需求的推动下,作为现代长途干线通信主体的光纤通信一直在朝着高速率、大容量和长距离的方向发展。

在单信道速率不断提升(现已发展到10 Gb/s,正向40 Gb/s甚至160Gb/s发展)的同时,密集波分复用技术(DWDM)也已日趋成熟并商用化。

从技术的角度来看,限制高速率信号长距离传输的因素主要包括光纤衰减、非线性和色散。

掺铒光纤放大器(EDFA)的研制成功,使光纤衰减对系统的传输距离不再起主要限制作用。

而非线性效应和色散对系统传输的影响随着非零色散位移光纤(NZDSF)的引入也逐渐减小和消除。

随着单信道传输速率的提高和模拟信号传输带宽的增加,原来在光纤通信系统中不太被关注的偏振模色散(PMD)问题近来变得十分突出。

与光纤非线性和色散一样,PMD能损害系统的传输性能,限制系统的传输速率和距离,并被认为是限制高速光纤通信系统传输容量和距离的最终因素。

正是由于PMD对高速大容量光纤通信系统有着不可忽视的影响,所以自20世纪90年代以来,已引起业界的广泛关注,并正成为目前国际上光纤通信领域研究的热点。

二、光纤中偏振模色散的定义单模光纤中,基模是由两个相互垂直的偏振模组成的。

两偏振模的群速度由于受到外界一些不稳定因素的影响而产生差异,在传播中两偏振模的迭加使得信号脉冲展宽,从而形成偏振模色散。

PMD是由以下几个方面的因素造成的:光纤所固有的双折射,即光纤在生产过程中产生的几何尺寸不规则和在光纤中残留应力导致折射率分布的各向异性;光缆在铺设使用过程中,由于受到外界的挤压、弯曲、扭转和环境温度变化的影响而产生偏振模耦合效应,从而改变两偏振模各自的传播常数和幅度,导致PMD;另外当光信号通过一些光通信器件如隔离器、耦合器、滤波器时,由于器件结构和材料本身的不完整性,也能导致双折射,产生PMD。

基于光子晶体光纤的偏振模色散的动态补偿光子晶体光纤（PCF）是一种新型光纤，它具有非常多的优点，如高光学纯度、低折射率和低噪声。

然而，随着光传输的距离的增加，使用PCF进行信号传输的存在一个严重的问题，即偏振模色散（PMD）。

PMD是PCF线路中的一种信号损耗和延迟不均衡。

PMD污染会影响接收信号的质量，并可能导致系统故障。

因此，在使用PCF传输高速信号时，PMD的补偿非常重要。

一、偏振模色散的特征PMD的主要特征在于它的动态性，即它的延迟不均衡和信号损耗会随着光传输的距离变化而变化。

PMD的衰减性能与波长有关，PMD 在高速传输的单模光纤中的影响也更加明显。

PMD的主要因素有三个：偏振状态、光纤折射率和光纤尺寸。

二、偏振模色散的补偿为了补偿PMD，主流采用一种通用的方法，即对电缆进行偏振平衡度测量，然后使用算法计算出系统中PMD的补偿器（PMDMs）的参数，最终将PMDMs放置在电缆线路中，以实现偏振模色散的补偿。

中最常用的PMDM是由智能森特拉斯矩阵（SMMs）和偏振平衡度传感器（PBGs）组成的。

SMM是一种可以实现动态偏振模色散补偿的混合调制器，其中包含一系列自旋转光纤和森特拉斯点。

PBGs可以实时测量偏振状态。

三、最新的偏振模色散补偿方法根据PMD的特性，已经有许多研究者提出了有效的补偿技术，其中包括静态补偿、半动态补偿和动态补偿。

这些技术都能够在一定程度上改善信号的质量，但是对PCF而言，动态补偿是一种更好的方案，它可以根据变化的PMD和光纤距离进行实时的动态补偿。

最近，研究人员提出了一种新的偏振模色散补偿方法，称为基于衰减补偿的动态补偿（DCAT）。

方法基于光纤上光学功率计算PMD平滑系数，然后将计算结果作为反馈信号作为衰减补偿器（DSP）的参数，以调节光纤偏振模色散。

该方法具有实时调节、反应快速、抗干扰能力强等优点，能够在不同的光纤距离下有效补偿PMD，在传输高速信号时可以改善信号质量。

DCF补偿的缺点是插损较大，会影响系统的传输距离。

其解决方法是把DCF放在光发送机与功率放大器之间，或放在予放大器和光接收机之间，用光放大器的增益来补偿DCF的插损。

②．光纤光栅补偿利用光纤光栅的干涉与衍射效应进行色散补偿。

总之，系统的色度色散受限主要表现在高传输速率即2.5Gb/s以上的系统，采取的措施一是采用外调制方式，它可以降低光源的啁啾声与增加系统的色散容限（如2.5Gb/s系统的色散容限可达12800ps/nm以上），二是可以采取色散补偿手段如DCF 等。

3．偏振模色散受限（PMD）偏振模色散受限仅对传输速率10Gb/s以上的系统有效。

（1）．偏振模色散受限机理所谓偏振模色散PMD(Polar Mode Dispersion)，是指由于光纤的随机性双折射所引起的、对不同相位状态的光呈现不同群速度的特性。

如果单模光纤结构是理想的圆柱形而且材料是各向同性的，则二个正交方向偏振态的模式不会发生相互耦合，单模光纤可以保证单模传输，即能维持二个偏振态正交的简并模（LP01）传输。

但实际上在制造光纤过程中，由于工艺方面原因会使光纤的实际结构偏离理想的圆柱形，光纤的芯径与包层的几何尺寸也存在着差异；而且光纤的折射率分布也难以保证理想化（沿径向分布完全对称），从而使光纤存在着各向异性。

此外，在实际应用中，光缆中的光纤也不可避免地要受侧压力、扭曲力、弯曲力等外部应力的作用，它的随机性非常大。

所有这一切都破坏了模式的简并，导致了两偏振态模的耦合；也导致两个偏振方向光的传播常数不相同，这就是所谓双折射现象。

双折射使不同偏振态的光信号不能同时到达接收端，即出现延时。

如图2.8.4所示。

图2.8.4：PMD引起的光信号差分群延时DGD 偏振模色散是客观存在的，但对不同的传输速率有着不同的影响。

因为由PMD 产生的延时值，其大小仅取决于光纤的PMD 系数及系统的传输距离；所以当这二者确定之后，由其产生的延时值也就确定了。

光纤通信系统中偏振模色散及其补偿技术的研究的开题报告一、选题背景随着社会的不断发展和科技的不断进步，人们对通信技术的需求越来越多。

在通信技术中，光纤通信系统被广泛应用于长距离通信领域。

然而，在光纤通信系统中，偏振模色散对信号的传输距离和传输质量产生了严重的影响，因此，研究偏振模色散及其补偿技术是提高光纤通信系统性能的重要途径。

二、选题意义偏振模色散是制约现代光纤通信系统高速、长距离传输的主要影响因素之一。

研究偏振模色散及其补偿技术，对于提高光纤通信系统的传输质量和距离具有重要意义。

同时，研究结果也将对光纤通信技术的未来发展产生深远的影响。

三、研究内容本研究将对光纤通信系统中偏振模色散的产生机理和对信号传输的影响进行深入分析，研究偏振模色散的量化表达式和测量方法。

同时，本研究将探索偏振模色散的补偿技术，包括电光效应、非线性光学效应、光纤光栅等方法，并对这些方法的优缺点进行比较和分析，最终提出一种最适合光纤通信系统的偏振模色散补偿技术。

四、研究方法本研究将采用数学分析、仿真和实验相结合的方法，对偏振模色散和偏振模色散补偿技术进行研究。

通过对光纤通信系统的信号传输过程进行仿真，分析偏振模色散对信号的影响，同时对比各种补偿技术的效果和实际应用情况。

通过实验验证，在实际光纤通信系统中验证偏振模色散补偿技术的可行性和实用性。

五、研究预期成果本研究旨在研究出一种适合光纤通信系统的偏振模色散补偿技术，以提高光纤通信系统的传输质量和传输距离。

预计研究结果将能够完善光纤通信技术的理论体系，对光纤通信技术的发展具有重大意义。

六、研究计划第一年：1.研究偏振模色散的产生机理和对信号传输的影响，量化表达式和测量方法；2.研究电光效应的补偿方法，并进行仿真和实验验证。

第二年：1.研究非线性光学效应和光纤光栅的补偿方法，并进行仿真和实验验证；2.对各种补偿方法的优缺点进行比较和分析，综合提出一种最适合光纤通信系统的偏振模色散补偿技术。

光纤偏振模色散光纤偏振模色散光纤偏振模色散是光纤通信中一个重要的现象，它对光信号的传输和解调产生了一定的影响。

本文将介绍光纤偏振模色散的原理、影响因素以及相关的解决方法。

一、光纤偏振模色散的原理光纤偏振模色散是由于光在光纤中的传播速度与偏振态有关而引起的。

光纤中的偏振模色散主要是由于光纤的几何结构不完美以及材料的非线性特性所导致的。

当光信号在光纤中传输时，不同偏振态的光信号会以不同的速度传播，从而导致光信号的扩散和失真。

二、影响因素1. 光纤的几何结构：光纤的直径、圆度以及纤芯和包层的折射率差异都会对光纤偏振模色散产生影响。

几何结构不完美会导致光信号在传输过程中发生散射，从而引起偏振模色散。

2. 光纤材料的非线性特性：光纤材料的非线性特性会导致光信号在传输过程中发生相位变化，从而引起偏振模色散。

非线性特性主要包括光纤的色散特性、非线性折射率以及非线性吸收等。

三、解决方法为了减小光纤偏振模色散对光信号传输的影响，可以采取以下方法：1. 优化光纤的几何结构：通过改进光纤的制造工艺，提高光纤的圆度和直径精度，减小纤芯和包层的折射率差异，可以有效降低光纤偏振模色散的程度。

2. 使用光纤色散补偿器：光纤色散补偿器可以根据光信号的频率特性来调整光信号的相位，从而抵消光纤偏振模色散引起的相位变化，达到补偿的效果。

3. 采用光纤光栅：光纤光栅可以通过调制光纤的折射率分布来改变光信号的传播速度，从而减小光纤偏振模色散的影响。

四、总结光纤偏振模色散是光纤通信中不可忽视的一个问题，它会对光信号的传输质量产生一定的影响。

为了减小光纤偏振模色散的影响，可以通过优化光纤的几何结构、使用光纤色散补偿器以及采用光纤光栅等方法来进行补偿和调节。

只有充分理解和掌握光纤偏振模色散的原理和解决方法，才能更好地应对光纤通信中的挑战，提高光信号的传输质量和可靠性。

高速光纤通信系统中偏振膜色散效应及其补偿问题摘要:光纤通信作为现代通信网的重要组成部分,正迅速地向高速率、大容量和长距离的方向发展。

PMD明显损害系统的传输性能、限制系统的传输速率和距离,因此,PMD成为目前光纤通信领域的一个研究热点。

关键词:光纤通信;偏振膜色散;电域补偿;光域补偿1偏振模色散的概念在单模光纤中,基模是由两个相互正交的偏振模HE11x和HE11y(LPx01或Lpy01)组成的,理想光纤的几何尺寸是均匀的,且没有应力,因而两个偏振模是完全简并的,两偏振模具有相同的传输速度,不存在时延差的现象。

然而,在实际的光纤中,光纤的圆对称性通常在生产、成缆、铺设等过程中会被各种因素所破坏,如光纤的几何不对称,光纤中的残留应力,外加应力等。

这些因素将造成光纤沿不同的方向有不同的有效折射率,即导致光纤的双折射(Birefringence),造成两个正交偏振模传播常数的差异,即βx≠βy,形成了两个偏振模之间的时延差,这便是差分群时延(Differential Group Delay,简称DGD),通常表示为Δτ,它用来衡量PMD的大小。

当光纤长度较短时,两个模式未发生耦合,DGD是一个确定量。

但当光纤长度较长时,两个模式间发生了强烈的耦合。

由于耦合的随机性,DGD也是一个随机变量,并且影响的因素有很多,如双折射、温度、光纤的机械扰动等。

因此PMD也具有不确定性,是一个随机变量。

因此,表征光纤中PMD比较有效的办法之一是取其均值<Δτ>,即数学期望。

一般将DGD对时间或对波长的平均值称为偏振模色散,即PMD。

图1表示了单模光纤中PMD的产生过程。

1.1差分群时延(DGD)如果以τx和τy表示这两个偏振轴方向上传输的时间,则两个偏振方向的DGD为Δτ,即Δτ=τx-τy。

DGD可由传播常数对频率的导数得到:2 偏振模色散的形成原因单模光纤PMD产生的原因归纳起来主要有两个方面:一是双折射,二是随机模式耦合2.1 双折射双折射是产生偏振模色散的根本原因,光纤中的双折射可以分为两类:本征双折射(Intrinsic Birefringence)和非本征双折射。