單模光纖中偏振效應(yīng)的理論研究及分析.pdf

1、本文對單模光纖中偏振效應(yīng)的理論進行了研究。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。對于偏振模色散的研究,分段模型是較優(yōu)的選擇。原級聯(lián)模型經(jīng)過數(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程,具有較強的移植性。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,指出了一階模擬計算中必

2、需注意的問題。在一階分析的基礎(chǔ)上進行二階偏振模色散的研究，數(shù)值模擬表明，該方法簡潔明了，對于二階偏振模色散的兩個正交分量的研究，提供了非常直觀的方法，統(tǒng)計結(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和分段長度L是兩個基本的參數(shù)，直接影響偏振模色散的隨機特性，其選擇是比較復(fù)雜的問題。在基本級聯(lián)模型的基礎(chǔ)上，對偏振模色散的隨機特性進行了分析，指出N和L的處理直接關(guān)系到級聯(lián)模型的分析結(jié)果。對N和L的選擇進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)特性在級聯(lián)模型中起到?jīng)Q定性的作用。另一方面，級聯(lián)模型本身含有隨機特性，這是在討論偏振模色散隨機分布特性時應(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性特征，其特征通過三個分量表現(xiàn)出來。在一階的基礎(chǔ)上，進行了二階偏振模色散矢量的模擬計算,計算結(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、兩個矢量的隨機分布特性，對二階偏振模色散的隨機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，對偏振模色散和偏振相關(guān)損耗之間的相互影響進行了分析和模擬。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。偏振模色散的測量是目前研究的一個熱點問題，在龐加萊球的基礎(chǔ)上,對原來偏振模色散的測量方法給出理論分析，研究表明，一階偏振模色散測量的誤差影響二階偏振模色散的測量。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測量二階偏振模色散。通過新方法，二階偏振模色可以直接測量，不需要通過一階偏振模色散對頻率求導(dǎo)。另一方面我們推導(dǎo)了偏振相關(guān)損耗的測量方程，得到了簡易的偏振相關(guān)損耗的測量方法，測量速度較快。前面

6、的內(nèi)容主要在頻域里面進行研究，在時域范圍里面，偏振模色散和偏振相關(guān)損耗會導(dǎo)致脈沖的展寬，這就要求提出一個更完善的方案，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)的補償方