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1、华中科技大学 硕士学位论文 偏振控制器的无尽控制研究 姓名：肖远 申请学位级别：硕士 专业：光学工程 指导教师：孙军强 20060428 I 摘 要 随着通信技术的飞速发展，在传输速率提高的同时，通信系统对光纤中一系列由 偏振引起的损害也越来越敏感, 例如偏振模色散（PMD） 、偏振相关损耗（PDL）等。 相应地，偏振控制器的应用也随着通信技术的飞速发展呈现出更为广阔的天地，例如 PMD 测量与补偿、偏振扰动、PDL 监测与补偿等。 高速偏振控制器大多存在复位问题：随着输入信号偏振态不断地随机漂移，控制 量可能会达到其允许变化范围的极限值（边界值），而不能继续执行调节操作，这时 就需要进行复位
2、。如何在不影响先前控制工作情况的条件下实现控制器的复位，即实 现无尽控制，是偏振控制器控制方法研究中的一大难点。本文工作是国家十五攻关项 目和武汉市攻关项目的重要研究内容，系统地研究了四通道光纤挤压型偏振控制器的 复位原理、复位方案设计，并进行了系统实验分析，取得的主要研究结果如下： (1) 阐述了不同类型偏振控制器的实现原理和特点，在此基础上对其性能差异做出 了详细比较。由此得出延迟量可变型光纤挤压型偏振控制器适用于高速光通信系统的 结论； (2) 具体分析了典型的四通道光纤挤压型偏振控制器的复位原理，并在此基础上对 其进行了具体复位方案的设计，给出了各种情况下的详细复位流程和相应的复位操作
3、 列表； (3) 将四通道光纤挤压型偏振控制器应用于偏振模色散补偿器中进行系统实验，实 验结果表明，需要复位的通道能有效地回到中间值，复位效果良好，且复位未对 PMD 补偿产生不良影响； (4) 设计了一种新型的光信号时域退偏器，并基于该退偏器提出了一种新型的偏振 模色散补偿方法。该方法不仅可以实现多通道的 PMD 补偿，而且可同时去除 PDL 等 偏振效应。开拓了多通道 PMD 补偿的新思路，并具有一定实用价值。 关键词关键词：偏振控制器; 复位; 偏振模色散 II Abstract With the rapid development of communication technology
4、, communication systems are more and more sensitive to the series damages caused by polarization when the transmission speed improves, such as polarization mode dispersion (PMD), polarization dependent loss (PDL), atc. Accordingly, the application of polarization controller appears a wider new world
5、, such as PMD measurement and compensation, polarization scrambling, PDL inspecting and compensation. Rapid polarization controllers mostly have reset problems: With the endless excursion of the input signals state of polarization, the control quantity may reach the boundary of its range, and then i
6、t needs reset to keep on turning. Its a big difficulty in studying polarization controllers control methods, which is how to realize the reset of the controller without affecting previous control results. The contents of this thesis are important works base on the national “Tenth Five” tackle key pr
7、oject and Wuhan citys tackle key project. It systematically analyzed the principle and the reset scheme of typical four channel polarization controller which is based on squeezing fiber. And the systematical test results are given in detail. The main research contents and results are given as follow
8、s: (1) Principles and characteristics of different types of polarization controllers are analyzed, the compare of the difference of these polarization controllers are discussed based on them, drawn a conclusion that the polarization controller which based on squeezing fiber and has variable delay qu
9、antity are suitable for high speed optical communication system. (2) The reset principle of the typical four channel polarization controller which is based on squeezing fiber is analyzed, and the design of its concrete reset scheme is given based on them. The reset process and the corresponding oper
10、ation list are given in detail. (3) The systematical experiment is made when the typical four channel polarization controller is put into the PMD compensator. The experiment result showed that the channel which needs reset can efficiently return to the mean place, and the effect of reset was good, i
11、t didnt cause any badness infection on PMD compensation. (4) A new type optical signal time-domain depolarizer is given, and a new PMD compensate method is given based on it. This method can not only realize multi-channel PMD III compensation, but also can wipe off the polarization effect such as PD
12、L etc. It exploits the new idea of multi-channel PMD compensation, and it does have some practicality. Key Words: Polarization Controller; Reset; Polarization Mode Dispersion 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。
13、本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 1 绪论 1.1 引言 偏振控制器控制光的偏
14、振态，可将任意偏振态的输入偏振光，转变为输出端指定 的偏振状态。偏振控制器有广泛的应用。例如在单模光纤与光波导的耦合中，通过偏 振控制使光纤与光波导中的偏振态匹配以提高耦合效率。又如在相干光纤通信系统中， 使本振光和信号光的偏振态匹配，以提高系统的接收灵敏度。它还可用于利用偏振态 的某些单模光纤传感器以及对光的偏振态有一定要求的其它应用单模光纤的场合1。 随着通信技术的飞速发展，电信运营商们正在不断地提高WDM系统中单信道的传 输速率，以满足人们对通信带宽的需求。目前，单波长传输速率为10Gb/s的WDM系统 正在建设使用中，而传输速率为40Gb/s的WDM系统也已经进入了人们的视野。 在传输
15、速率提高的同时，通信系统对光纤中的偏振模色散（PMD）、电光调制器 中的偏振相关调制（PDM），以及光放大器中的偏振相关增益（PDG）等一系列由偏 振引起的损害也越来越敏感。这些损害主要是由光纤本身的缺陷造成的，在理想化的 光纤中，传输光的偏振态（SOP）不会发生变化，这些由偏振效应引起的损害也很容 易消除。而在实际使用的标准通信光纤中，传输光的偏振态是沿光纤不断变化的（一 般来说，普通光纤的输出光为椭圆偏振光，椭圆度不断变化，主轴相对于参考方向成 任意角度），产生这种变化的原因是光纤中由热应力、机械应力以及纤芯的不规则性 等因素引起的不规则双折射。更糟糕的是，光纤中的双折射效应是随温度、压力
16、、应 力以及其它环境因素不断变化的，这就大大增加了偏振相关损害的不可预知性。由于 偏振相关损害是随时间变化的，消除他们的方法必须是动态的、可适应随机变化的。 相应地，偏振控制器的应用也随着通信技术的飞速发展呈现出更为广阔的天地， 为了消除随时间变化的偏振相关损害，偏振控制器也必须是动态的，可适应随机变化 的2。 高速偏振控制器大多存在复位问题：随着输入信号偏振态不断地随机漂移，偏振 控制器的控制量可能会达到其允许变化范围的极限值（边界值），而不能继续执行调 节操作，这时就需要进行复位。如何在不影响先前控制工作情况的条件下实现控制器 的复位，即实现无尽控制，是偏振控制器控制方法研究中不可回避的问题。 2 1.2 用途简介 偏振控制器的用途十分广泛。相干光通信、光纤传感器、半导体激光放大器及许 多光无源与有源器件，都对入射的信号光偏振态（SOP）有一定的要求。 在相干光通信中，要求接收机的信号光和本振光的偏振态始终保持匹配。否则， 信号光与本振光差频得到的中频信号的强度将随偏振态失配大小的变化而变化，也将 使系统的误码率大大提高。因此
