高速光通信系統(tǒng)中的偏振復(fù)用技術(shù)

1、高速光通信系統(tǒng)中的偏振復(fù)用技術(shù)摘要：偏振復(fù)用（Polarization Division Multiplexing:PDM）技術(shù)不僅能夠在很大程度上提高系統(tǒng)通信容量還能使系統(tǒng)的頻譜效率得到明顯改善。偏振復(fù)用技術(shù)利用光的偏振維度，在同一波長(zhǎng)信道中，通過(guò)光的兩個(gè)相互正交偏振態(tài)同時(shí)傳輸兩路獨(dú)立數(shù)據(jù)信息達(dá)到加倍系統(tǒng)總?cè)萘亢皖l譜利用率目的。它是光纖通信中一種比較新的復(fù)用方式，在這種復(fù)用方式中，傳輸波長(zhǎng)的兩個(gè)獨(dú)立且相互正交的偏振態(tài)作為獨(dú)立信道分別傳輸兩路信號(hào)，從而使光纖的信息傳輸能力提高一倍且不需要增加額外的帶寬資源。本文論述了高速光通信系統(tǒng)中的偏振復(fù)用技術(shù)的研究意義，發(fā)展現(xiàn)狀以及偏振復(fù)用技術(shù)在高速光通信

2、系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)和信息處理技術(shù)，包括全光復(fù)用技術(shù)、全光信號(hào)處理技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。最后對(duì)高速傳輸時(shí)偏振復(fù)用鏈路的損失和串?dāng)_進(jìn)行概述。關(guān)鍵詞：偏振復(fù)用；高速光通信；PMDPolarization Division Multiplexing In High-speed Optical Communication SystemsLiu Yu(Optoelectronic Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065)Abstract：Polarization Division

3、Multiplexing (Polarization Division Multiplexing:PDM) technology can not only improve the system to a great extent communication capacity of the system spectrum efficiency,but also can be significantly improved.PDM technique which utilizes the polarization dimension of light,carries two independent

4、data at the same wavelength with orthognal states of polarization.It can double the system capacity and spectral efficiency directly.It is a kind of relatively new multiplexing method, optical fiber communication in this kind of multiplex mode,two orthogonal polarization of transmission wavelengths

5、as a separate channel signal transmission two road is independent and mutually,so that the capacity of optical fiber information transmission to double and does not need to increase the additional bandwidth resources.This paper discusses the research significance of the polarization multiplexing tec

6、hnology of high speed optical communication system, the current situation of the development and the key technology of polarization multiplexing technology in high-speed optical communication system and information processing technology, including QuanGuangFu technology, all-optical signal processin

7、g technology and digital signal processing technology.Finally, the high speed transmission when polarization multiplexing link loss and crosstalk are summarized.Key words：Polarization Division Multiplexing;High-speed optical communication;PMD60 前言隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，尤其是基于互聯(lián)網(wǎng)的視頻應(yīng)用和P2P交互式應(yīng)用的爆炸式發(fā)展，骨干通信網(wǎng)絡(luò)帶寬需求迅

8、猛增長(zhǎng)，現(xiàn)有密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)己經(jīng)不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的帶寬需求，提高系統(tǒng)傳輸能力勢(shì)在必行。偏振復(fù)用技術(shù)能夠平滑的使通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率提升一倍，進(jìn)而使得通信系統(tǒng)的傳輸能力增加一倍，并且在較高的通信速率下，系統(tǒng)仍能保持很高的偏振模色散的容限和靈敏度，具有相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)終端擴(kuò)容設(shè)備，因此針對(duì)偏振復(fù)用技術(shù)的探索1 高速光通信系統(tǒng)及偏振復(fù)用技術(shù)的發(fā)展1.1 偏振復(fù)用技術(shù)的研究意義復(fù)用技術(shù)即在信號(hào)發(fā)送端將多路信號(hào)按照不同的方法或者區(qū)分方式進(jìn)行組合，經(jīng)歷同一個(gè)信道傳輸后，在接收端將原本復(fù)用的信號(hào)分離出來(lái)，達(dá)到有效利用現(xiàn)有設(shè)施的目的。除了DWDM（密集型光波復(fù)用），OTDM（光時(shí)分復(fù)用）和OFDM（正交

9、頻分復(fù)用技術(shù)）外，提高單波長(zhǎng)比特率來(lái)滿(mǎn)足增長(zhǎng)的帶寬需求引起了普遍的關(guān)注。然而當(dāng)比特率達(dá)到160Gbit/s時(shí)，超短脈沖的生成、積累色散的管理在OTDM中都會(huì)限制每個(gè)波長(zhǎng)比特率的增長(zhǎng)。因此，當(dāng)傳輸帶寬受限時(shí)，偏振復(fù)用成為了提高傳輸容量的有效的方法之一。在偏振復(fù)用方式中，兩束相同或不同波長(zhǎng)的光可以同時(shí)在一根光纖中相互獨(dú)立地傳輸，從而使光纖的信息傳輸能力提高一倍且不需要增加額外的帶寬資源。所以偏振復(fù)用技術(shù)的提出對(duì)于實(shí)現(xiàn)高速傳輸是非常有意義的1。1.2 偏振復(fù)用技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀在上世紀(jì)八十年代的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，首次提出偏振復(fù)用技術(shù)，但當(dāng)時(shí)的傳輸方案是使用保偏光纖（CPMF）來(lái)實(shí)現(xiàn)偏振復(fù)用，由于保偏光纖

10、的價(jià)格與普通單模光纖（SMF）相比較高，而實(shí)際中投入使用的大多數(shù)都是SMF，這就使得以SMF作為傳輸媒質(zhì)的偏振復(fù)用系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)。國(guó)外對(duì)于偏振復(fù)用技術(shù)的研究更為深入并且取得了一定的成果。1991年，Claude Herard和Alain Lacourt提出了偏振光復(fù)用的基礎(chǔ)理論以及偏振光在單模光纖中的傳播。1992年，S. G.Evangelides Jr.等人提出基于孤子源發(fā)射的正交偏振態(tài)在系統(tǒng)中能保持其正交性的事實(shí)，提出了偏振/時(shí)分復(fù)用的方法，兩路正交偏振的光孤子比特流在時(shí)間上交叉復(fù)用。同年，Paul M.Hill用每路2Gbit/s二進(jìn)制相移編碼（BPSK）的數(shù)據(jù)正交復(fù)用形成了4Gbi

11、t/s的光偏振復(fù)用信號(hào)，接收端則采用相關(guān)的外差檢測(cè)方法。2001年，通過(guò)采用40Gbit/s的復(fù)用器和鈮酸鋰（LiNbO3）調(diào)制器產(chǎn)生20Gbit/s的光傳輸信號(hào)。在發(fā)射端用差分相移編碼（DPSK）調(diào)制來(lái)控制信道間干擾，接收端允許適當(dāng)調(diào)整偏振控制器來(lái)最小化干涉。2007年，S.J.Savory等人提出接收端采用盲均衡實(shí)現(xiàn)偏振解復(fù)用的技術(shù)方案，使用非歸零碼-正交相移編碼（NRZ-QPSK）調(diào)制方式，以標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）作為傳輸媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)了速率為42.8Gbit/s的信號(hào)傳輸6400km的實(shí)驗(yàn)，并首次使用恒模算法（CMA）在離線(xiàn)（OilLine）的條件下對(duì)混合信號(hào)解復(fù)用。2008年，C. Wr

12、ee,S. Bhandare等人第一次采用歸零碼·差分正交相移編碼（RZ-DQPSK）碼型的偏振復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了40Gbit/s(2.20Gbit/s)的傳輸。同年，在波蘭電信研究和發(fā)展中心，Obrzezna等人提出并在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了三路偏振光信道的復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)，這是第一次超過(guò)兩路偏振信道的偏振復(fù)用傳輸。2010年，在文獻(xiàn)2中，第一次在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)用單偏振-差分八進(jìn)制相移編碼（SP-DBPSK）OTDM技術(shù)達(dá)到傳輸距離超過(guò)220km、傳輸速率為0.44Tbit/s的目的，解決了400Gbit/s以太網(wǎng)的可行性問(wèn)題，同時(shí)也證明了在沒(méi)有輔助時(shí)鐘情況下也能在速率為0.87Tbit/s的情況下

13、使傳輸距離達(dá)到110km。2011年，在文獻(xiàn)3中，采用了InP接收機(jī)光激性的集成電路和偏振復(fù)用差分正交相移編碼（DQPSK）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了10信道每個(gè)信道45.6Gbit/s的傳輸。光激性的集成電路（PIC）對(duì)于偏振復(fù)用的DQPSK信號(hào)來(lái)說(shuō)是一種新的解調(diào)技術(shù)，將光輸入信號(hào)組合及復(fù)用來(lái)解調(diào)信號(hào)。國(guó)內(nèi)對(duì)于偏振復(fù)用技術(shù)的研究相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)較慢，實(shí)際上早在1986年，就提到了這種新的光纖通信復(fù)用方式。文中闡述了偏振復(fù)用可以在一根光纖中同時(shí)傳輸兩路相同波長(zhǎng)的光信號(hào)，從而使光纖的信息傳輸能力提高一倍。為了分析偏振復(fù)用的指標(biāo)，又提出了固有偏振消光比這個(gè)參數(shù)，并用回諧函數(shù)展開(kāi)法對(duì)單模光纖的固有偏振消光比進(jìn)行了計(jì)算

14、，并給出了相應(yīng)的結(jié)果。只是當(dāng)時(shí)這個(gè)新的復(fù)用技術(shù)并沒(méi)有引起國(guó)內(nèi)專(zhuān)家的關(guān)注，直到近十年內(nèi)，偏振復(fù)用技術(shù)才又重新受到國(guó)內(nèi)的青睞。2002年，徐文成和陳偉成研究了雙折射光纖中偏振復(fù)用技術(shù)的三階色散抑制和補(bǔ)償。文中描述了在強(qiáng)雙折射光纖中，讓兩孤子脈沖沿光纖的兩個(gè)偏振軸入射，利用交叉相位調(diào)制效應(yīng)克服偏振模色散，自相位調(diào)制效應(yīng)克服群速度色散，使兩偏振脈沖在光纖中互不走離地穩(wěn)定傳輸，在單信道碼率不變的情況下能提高一倍的通信容量。但是從長(zhǎng)距離傳輸角度看，色散平坦光纖仍不能很好地解決問(wèn)題。2009年，王鐵城和姚曉天根據(jù)偏振依賴(lài)損耗（CPDL）的原理，推導(dǎo)了偏振復(fù)用系統(tǒng)中兩正交信道夾角與PDL（偏振依賴(lài)損耗）的數(shù)值

15、關(guān)系4，計(jì)算了PDL大小對(duì)系統(tǒng)的影響。并依據(jù)理論模型構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)光纖一個(gè)主軸光強(qiáng)進(jìn)行衰減，描繪出信道間串?dāng)_和PDL之間的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)，驗(yàn)證了理論分析的有效性。2010年，馮勇聞等人利用已有的混頻器，搭建了偏振分集90°光學(xué)混頻器，并且補(bǔ)償其相位誤差，接收端實(shí)現(xiàn)了偏振分集的相干接收。通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了10Gbit/s，偏振復(fù)用DPSK光信號(hào)，經(jīng)過(guò)摻餌光纖放大器（EDFA）和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）的干誤碼280km傳輸5。 近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于偏振復(fù)用技術(shù)的熱衷都表明在高速光纖通信系統(tǒng)中采用偏振復(fù)用技術(shù)，并將其與先進(jìn)的調(diào)制碼型技術(shù)相結(jié)合來(lái)提高光纖傳輸速率是非常有意義的。2 高速光通信系統(tǒng)

16、中偏振復(fù)用技術(shù)的研究進(jìn)展2.1 偏振復(fù)用的光纖通信系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù) （1）調(diào)制碼型。不同的碼型對(duì)通信系統(tǒng)的色散以及非線(xiàn)性效應(yīng)6的影響程度也不一樣，因此對(duì)光纖通信系統(tǒng)選擇合適的碼型是非常必要的。隨著傳輸速率的不斷提高，為了改善通信系統(tǒng)的傳輸效率研究人員越來(lái)越傾向于使用QPSK（正交相移編碼），DQPSK（偏振復(fù)用差分正交相移編碼），mQAM（正交振幅調(diào)制）等多進(jìn)制調(diào)制格式，研究?jī)蓚€(gè)偏振態(tài)使用不同調(diào)制格式的系統(tǒng)性能。使用偏振復(fù)用技術(shù)與新型的調(diào)制格式相融合的方式可以使系統(tǒng)的傳輸容量得到很大的改善。在高速光纖通信系統(tǒng)中各種因素都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生一定的影響比如PMD（偏振膜色散）和偏振不穩(wěn)定性、偏振相

17、關(guān)損耗和非線(xiàn)性偏振旋轉(zhuǎn)等。由此可見(jiàn)，在高速偏振復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中，合適的調(diào)制格式的選取對(duì)PMD、非線(xiàn)性效應(yīng)等的抑制以及對(duì)系統(tǒng)性能的提高有著不可忽略的作用。 （2）解復(fù)用方式。對(duì)于偏振復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)接收端的解復(fù)用方式有兩種即：直接檢測(cè)和相干檢測(cè)。相干檢測(cè)結(jié)合高速的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)能夠很好的抑制PMD的影響，由于高速數(shù)字信號(hào)處理芯片研究的難點(diǎn)限制了相干檢測(cè)技術(shù)在高速光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。直接檢測(cè)技術(shù)由于其簡(jiǎn)單易操作因而在高速光纖通信系統(tǒng)中仍有較為廣泛的應(yīng)用7。2.2 偏振復(fù)用光通信系統(tǒng)信息處理技術(shù)研究 PDM系統(tǒng)中的信號(hào)處理技術(shù)主要可以分為兩大類(lèi)：直接檢測(cè)PDM系統(tǒng)中信號(hào)處理技術(shù)和相干檢測(cè)PDM

18、系統(tǒng)中信號(hào)處理技術(shù)。直接檢測(cè)PDM系統(tǒng)中的信號(hào)處理技術(shù)主要涉及到：全光偏振解復(fù)用、PDM系統(tǒng)中的全光信號(hào)處理（如：波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、全光再生、碼型變換等）。相干檢測(cè)PDM系統(tǒng)中的信號(hào)處理技術(shù)主要包括：基于DSP（數(shù)字信號(hào)處理）技術(shù)的偏振解復(fù)用技術(shù)，數(shù)字衡技術(shù)（如對(duì)：CD, PMD（偏振膜色散）、非線(xiàn)性損傷、載波頻率偏移、相位噪聲等信號(hào)損傷的均衡）以及相關(guān)全光信號(hào)處理技術(shù)等8。2.2.1 偏振復(fù)用系統(tǒng)全光解復(fù)用技術(shù) 全光自動(dòng)解復(fù)用技術(shù)是直接檢測(cè)PDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要是通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤和動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)入接收機(jī)信號(hào)的偏振態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)正交偏振信道上信息的元全分離。如何實(shí)時(shí)跟蹤和動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)入接收機(jī)信號(hào)的偏振態(tài)

19、、低成本地實(shí)現(xiàn)兩個(gè)偏振態(tài)信道上信號(hào)的完全解復(fù)用是全光偏振解復(fù)用技術(shù)研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，全光自動(dòng)偏振解復(fù)用部分主要由：自動(dòng)偏振控制器、偏振分束器、信號(hào)偏振態(tài)信息動(dòng)態(tài)檢測(cè)部分、反饋回路等組成，如圖1。圖1 全光自動(dòng)偏振解復(fù)用接收機(jī)原理示意圖 Fig.1Conceptual diagram of PDM receiver with all-optical automatic polarizationdemultiplexing technologies 2.2.2 偏振復(fù)用系統(tǒng)全光信號(hào)處理技術(shù)全光信號(hào)處理技術(shù)主要是基于介電材料的非線(xiàn)性效應(yīng)，如：自相位調(diào)制（Self-phase Modulat

20、ion:SPM）、交叉相位調(diào)制（Cross-phase Modulation:XPM）、交叉增益調(diào)制（Cross-gain Modulation:XGM）、四波混頻（Four-wave Mixing:FWM）、非線(xiàn)性偏振旋轉(zhuǎn)（Nonlinear Polarization Rotation:NPR）等。理論上講，任何介電材料中都存在非線(xiàn)性效應(yīng)。實(shí)際中，目前可用于光網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)處理的非線(xiàn)性材料或器件主要有：半導(dǎo)體光放大器（Semiconductor Optical Amplifier:SOA ）、高非線(xiàn)性光纖（Highly Nonlinear Fiber:HNLF ）、固體晶體材料，如：鈮酸

21、鋰（Lithium Niobate:LiNbO3）、硅波導(dǎo)等。隨著PDM技術(shù)被業(yè)界視為未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)后，有關(guān)PDM系統(tǒng)中全光信號(hào)處理技術(shù)的研究也逐步開(kāi)展起來(lái)了，如：波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、碼型變換、參量放大、波長(zhǎng)組播、全光快速傅里葉變換和快速傅里葉反變換（Fast Fourier Transform/Inverse Fast Fourier Transform:FFT/IFFT）等。研究如何實(shí)現(xiàn)PDM系統(tǒng)中兩正交偏振信道上信號(hào)的同時(shí)處理，特別是，考慮到未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，所以，針對(duì)先進(jìn)調(diào)制格式PDM信號(hào)的全光信號(hào)處理技術(shù)的研究對(duì)未來(lái)光信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著重要意義。2.2.3 偏振復(fù)用系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)基于

22、DSP和相干檢測(cè)技術(shù)的PDM系統(tǒng)，一方面可以利用相干檢測(cè)技術(shù)降低系統(tǒng)的OSNR靈敏度要求，完整地獲得光載波幅度、頻率、相位以及偏振態(tài)所攜帶的全部信息，支持高階、多維調(diào)制格式在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高通信系統(tǒng)頻譜利用率；另一方面利用DSP技術(shù)可以靈活地完成數(shù)字偏振解復(fù)用，自適應(yīng)地補(bǔ)償信號(hào)在傳輸過(guò)程中因光信道和光器件的各種非理想特性引起的損傷，如：CD,PMD、光纖非線(xiàn)性效應(yīng)、信號(hào)載波與本地激光器之間的頻偏和相偏、90°混頻器（90°Hybrid）的兩臂相位差非理想特性等?；谙喔蓹z測(cè)技術(shù)的PDM傳輸系統(tǒng)成為業(yè)界主要研究的單波長(zhǎng)100-Gbit/s和超100-Gbit/s傳輸解

23、決方案，其接收端的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和結(jié)構(gòu)一直是研究的熱點(diǎn)。相干檢測(cè)PDM系統(tǒng)中后端數(shù)字信號(hào)處理的另一功能就是實(shí)現(xiàn)信號(hào)損傷的補(bǔ)償與均衡。PMD的均衡往往和偏振解復(fù)用綜合在一塊，在實(shí)現(xiàn)偏振解復(fù)用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈路PMD的補(bǔ)償?？傊喔蓹z測(cè)PDM系統(tǒng)接收機(jī)后端數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和結(jié)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)高效、簡(jiǎn)單、便于硬件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)處理核心算法，對(duì)掌握下一代高速光通信系統(tǒng)的核心技術(shù)有著十分重要的意義。2.3 偏振復(fù)用光通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)偏振復(fù)用系統(tǒng)首先于上個(gè)世紀(jì)八十年代初期提出來(lái)，在上個(gè)世紀(jì)八十年代末九十年代初開(kāi)始，引起人們的普遍關(guān)注。基于光纖的基本傳輸原理和光學(xué)偏振器件的發(fā)展，以及光纖傳輸速率

24、的不斷提高，人們進(jìn)行了各方面大量的實(shí)驗(yàn)，下面介紹兩種常出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2.3.1 不考慮PMD補(bǔ)償?shù)钠駨?fù)用系統(tǒng)在偏振復(fù)用技術(shù)剛剛面世之時(shí)，當(dāng)時(shí)的單纖傳輸速率并不高，從單信道2Gbit/s到10Gbit/s不等，在這樣的速率前提下，可以不考慮PMD的影響，同時(shí)關(guān)于PMD的相關(guān)技術(shù)也不成熟，在報(bào)道的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中較少涉及到PMD補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。如下圖2所示系統(tǒng)，在初期無(wú)PMD的偏振復(fù)用系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究中經(jīng)常使用到。圖2 偏振復(fù)用光纖通信系統(tǒng)Fig.2polarization multiplexing optical fiber communication systems 在這個(gè)系統(tǒng)中，沒(méi)有涉及調(diào)制解調(diào)

25、方式的討論，在發(fā)送端，采用TX送出的調(diào)制信號(hào)，在接收端，采用直接探測(cè)方式。主要研究的工作在偏振復(fù)用信號(hào)的復(fù)用和解復(fù)用過(guò)程，正交偏振復(fù)用信號(hào)的獲得通過(guò)偏振分束器對(duì)偏振態(tài)的選擇，解復(fù)用則是通過(guò)光電偏振變壓器和光纖偏振器的共同作用。這樣在正交偏振光復(fù)用和解復(fù)用過(guò)程中，損耗會(huì)比較大，首先在偏振復(fù)用信號(hào)的形成過(guò)程中，利用偏振分光器對(duì)于正交偏振態(tài)的選擇，會(huì)使輸入偏振分光器的每一路至少損失一半光強(qiáng)，同時(shí)所得正交偏振復(fù)用信號(hào)的性能將很大程度取決于偏振分光器的偏振消光比，消光比過(guò)低，將影響系統(tǒng)性能，消光比過(guò)高，則器件成本會(huì)增大。在解復(fù)用的過(guò)程中，利用光電偏振變壓器和光線(xiàn)偏振器的共同作用，使得解復(fù)用過(guò)程略顯復(fù)雜。

26、2.3.2 考慮PMD補(bǔ)償?shù)钠駨?fù)用系統(tǒng)隨著社會(huì)對(duì)通信容量要求的不斷提高和光傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖傳輸?shù)膯涡诺浪俾什粩嗵岣?，PMD效應(yīng)對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)的影響就變得不可忽略了，這時(shí)光纖通信系統(tǒng)需要考慮光纖鏈路上對(duì)于PMD的監(jiān)控和補(bǔ)償問(wèn)題。雖然偏振復(fù)用系統(tǒng)對(duì)于PMD的系統(tǒng)容限比較可觀，但是速率提升到40Gbit/s時(shí)，如果在長(zhǎng)距離傳輸中不進(jìn)行有效補(bǔ)償，則依然會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能造成極大地劣化。目前，針對(duì)偏振模色散的檢測(cè)、控制、補(bǔ)償研究取得了很大的進(jìn)展，在高速通信系統(tǒng)中會(huì)根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)的不同使用各種不同的偏振模色散管理辦法。如下圖3所示，即一個(gè)傳輸速率為40Gbit/s的一種新型的偏振態(tài)穩(wěn)定器的偏振復(fù)用系統(tǒng)的

27、結(jié)構(gòu)原理圖。該偏振復(fù)用系統(tǒng)采用C波段的1550nm的激光光源，同時(shí)采用DQPSK的調(diào)制格式，使用偏振分束器得到正交偏振的兩路復(fù)用信號(hào)，同時(shí)也通過(guò)偏振分束器實(shí)現(xiàn)偏振復(fù)用和解復(fù)用9。圖3 使用偏振穩(wěn)定器的高速偏振復(fù)用系統(tǒng)Fig.3 high-speed Laser polarization multiplexing system using polarization stabilizer3 高速傳輸時(shí)偏振復(fù)用鏈路的損失和串?dāng)_在高速光纖通信系統(tǒng)中，由于傳輸速率的提高，碼元周期減小，必須考慮在傳輸鏈路上由于光纖本身的特性而出現(xiàn)的各種損傷，具體說(shuō)來(lái)包括色散、偏振模色散、時(shí)間抖動(dòng)等效應(yīng)帶來(lái)的線(xiàn)性損傷，非線(xiàn)

28、性效應(yīng)、自發(fā)輻射噪聲等帶來(lái)的非線(xiàn)性損傷，這些損傷如果不進(jìn)行補(bǔ)償或者管理，將在長(zhǎng)距離通信過(guò)程中給系統(tǒng)性能造成極大的劣化。同時(shí)，對(duì)于偏振復(fù)用的高速光纖通信系統(tǒng)中，在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，必須考慮在光纖鏈路上與偏振態(tài)相關(guān)的一些效應(yīng)帶來(lái)的串?dāng)_，如偏振相關(guān)損耗、偏振相關(guān)增益、偏振相關(guān)調(diào)制等，這些效應(yīng)往往與前面提及的各種損傷相互作用，嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常通信的質(zhì)量10。4 總結(jié) 當(dāng)今社會(huì)，在信息化的浪潮下，人們對(duì)光纖通信的速率、容量的要求不斷提高。在這種背景下，光纖通信系統(tǒng)中常常使用時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用等復(fù)用技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)容量，但是當(dāng)速率等級(jí)和復(fù)用間隔到一定的程度時(shí)，為了避免隨之而來(lái)的電子速率瓶頸問(wèn)題及光纖本身特性帶來(lái)

29、的一些損傷等問(wèn)題，將會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的復(fù)雜性。這時(shí)綜合考慮偏振復(fù)用技術(shù)，將會(huì)給系統(tǒng)的擴(kuò)容帶來(lái)一個(gè)高性?xún)r(jià)比的選擇，偏振復(fù)用技術(shù)一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)就在于可以平滑的將系統(tǒng)速率提高一倍，利用傳輸波長(zhǎng)的兩個(gè)正交偏振態(tài)，分別傳輸兩路不同的信號(hào)，提高了系統(tǒng)的頻帶利用率，同時(shí)對(duì)偏振模色散具有較高的容限。對(duì)于高速光通信系統(tǒng)的偏振復(fù)用技術(shù)而言，本文的工作只是一部分，還有很多工作需要繼續(xù)深入研究。雖然高速光通信系統(tǒng)的偏振復(fù)用技術(shù)對(duì)于偏振模色散具有較好的容限，但在實(shí)際40Gbit/s速率以上的高速通信系統(tǒng)的應(yīng)用中，在傳輸鏈路上對(duì)偏振模色散需要進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控和補(bǔ)償。另外，偏振復(fù)用技術(shù)在實(shí)際中常常與其他復(fù)用技術(shù)綜合使用，那么需要具體綜合考慮多種復(fù)用技術(shù)混合使用時(shí)如何充分發(fā)揮各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以及避免相互之間性能上的影響。參考文獻(xiàn)1 吳婷.高速光纖通信中的偏振復(fù)用和碼 型調(diào)制技術(shù)D.北京交通大學(xué), 2013.2 E.Tipsuwannakul