光偏振編碼通信系統(tǒng)關鍵技術的研究.pdf

1、光偏振編碼通信是拓展光纖信道帶寬的一種技術，也可應用于全光信號處理，其碼元具有信息可擴展性強、信道利用率高、保密性好等特點。在努力挖掘帶寬資源、追求光纖更大利用效率的當代，光偏振編碼通信技術研究已成為維度復用和碼元編碼的主要研究方向。本學位論文在國家自然基金項目的資助下，針對光偏振編碼通信系統(tǒng)發(fā)射、傳輸和接收各部分中的一些關鍵問題開展深入的研究工作，以正交偏振調制為基礎提出一種雙極性光學編碼新方案，和雙極性序列的乘法器，采用穆勒四元數對

2、光纖器件進行描述，討論了在PMF極端情況及SMF情況下，環(huán)境應力對通信系統(tǒng)輸出偏振態(tài)的影響，提出一種差分的任意偏振態(tài)接收器結構，提高了偏振態(tài)的接收性能，從實驗上驗證了所提出的新型PolSK OCDM系統(tǒng)。
　　本學位論文的主要工作有:
　　1、分析偏振調制編碼機制并對理論結論進行實驗驗證。采用Stokes矢量描述分析偏振態(tài)調制的關鍵參數，以幅度調制和相位調制來實現任意線偏振態(tài)和任意橢圓偏振態(tài)的調制。詳細分析偏振主態(tài)的實驗調整

3、方法，完成電控SOA、光控SOA和電控LiNbO3相位調制器的偏振調制實驗，實現三種方式偏振態(tài)調制。
　　2、分析外界環(huán)境和光纖介質對傳輸光信號偏振態(tài)的影響。引入四元數描述雙折射光纖，分析固有內應力雙折射和附加外應力雙折射對光纖拍長和雙折射軸的影響，對應力大小變化和應力方向變化對光纖輸出偏振態(tài)的影響進行計算。利用固有雙折射很大的PMF對局部應力大小和方向對偏振態(tài)輸出的影響進行實驗驗證，并由PMF理論和實驗結果推論到SMF的適用應力

4、范圍。分析結論對于穩(wěn)定偏振態(tài)輸出的伺服矯正系統(tǒng)設計很有應用價值。
　　3、完成以垂直正交偏振態(tài)為雙極性碼的偏振態(tài)編解碼實驗。正交偏振態(tài)的接收系統(tǒng)用單路偏振分束器解調出正交的兩路光信號。任意偏振態(tài)接收系統(tǒng)，用一路分四路的方法，通過偏振控制器的調節(jié)，得到四個對應Stokes矢量的光強值，即可解算出任意偏振態(tài)。以任意偏振態(tài)接收系統(tǒng)為基礎，提出了差分的偏振態(tài)接收系統(tǒng)。
　　4、將正交的線偏振態(tài)和偏振傳輸矩陣抽象為乘法運算中的輸入變量

5、，由輸入輸出偏振態(tài)導出雙極性碼對應的米勒矩陣，并通過電流控制的SOA偏振旋轉效應，實現了以垂直正交偏振態(tài)描述的雙極性碼乘法。
　　5、實現了基于偏振編碼的碼分多址實驗系統(tǒng)。在光信號處理上實現雙極性乘法器的基礎上，將正交的偏振態(tài)編碼為雙極性用戶碼，實現了光碼分多址系統(tǒng)的編碼器。以同樣的雙極性乘法器結構實現了光學相關器，以低通濾波器代替積分器，最終恢復出原始數據的波形，實現了碼分多址系統(tǒng)的解碼器。最終，實現了基于偏振編碼的碼分多址實驗

6、系統(tǒng)。
　　所取得的創(chuàng)新成果主要有:
　　1、提出一種對于雙極性全光信號處理的新方式。以垂直正交偏振態(tài)對應為雙極性碼中的“+1”和“-1”，提出了基于正交偏振態(tài)的光信號處理領域雙極性編碼方式。將正交的線偏振態(tài)和偏振傳輸矩陣抽象為乘法運算中的輸入變量，由輸入輸出偏振態(tài)導出雙極性碼對應的米勒矩陣M(+1)、M(-1)。并通過電流控制的SOA偏振旋轉效應，實現了以垂直正交偏振態(tài)描述的雙極性碼乘法。
　　2、將正交偏振鍵控調制

7、機制引入非相干時域OCDM編解碼系統(tǒng)，提出一種新型OCDM編解碼系統(tǒng)，拓展了OCDM編解碼機制。
　　3、以正交偏振調制的雙極性乘法器為基礎，實現了兩個雙極性序列的乘法運算，實現了偏振鍵控光碼分復用的編解碼器。在解碼器部分，不僅解決了本地地址碼和到達信號同步的問題，同時用低通濾波器替代積分器，實現了原始用戶數據調制波形的恢復。
　　4、引入四元數，同時考慮光纖沿線的內應力雙折射和外應力雙折射，簡化了環(huán)境影響分析。得出光纖受力