动态偏振控制器的复位分析与实现

利用琼斯矩阵分析了适合高速应用的四通道挤压光纤型偏振控制器的复位原理,根据复位原理设计了以两通道为主延迟器,另两通道为辅助复位延迟器的复位方案,并以40Gb/s的PMD补偿系统为实验平台进行了验证,反馈信号及四通道控制电压和时间的关系曲线表明复位效果良好且复位未对PMD补偿产生不良影响。     

偏振模色散补偿中的偏振主态与分束器主轴的对准

光纤通信系统的比特率超过10Gb/s或更高时,偏振模色散引起的脉冲信号展宽成为主要障碍.分离光纤线路中的两个偏振模式对于提高偏振模色散补偿的精度和速度有重要意义.讨论了光纤线路中两偏振主态与补偿器中偏振分束器主轴的对准问题,给出了偏振分束器任何一个主轴上光强的表示并推导出相应的电功率信号表示式,建立了电功率与光信号两个模式之间的延迟时间以及偏振主态与分束器主轴相对角度的变化关系.初步实验表明,可以通过偏振控制器或可转动的光纤连接器实现偏振主态与偏振分束器的对准.     

同轴电缆反射方案单光子探测器的特性研究

分析了用于消除门控单光子探测器电尖峰噪声的同轴电缆反射方案的特性.重点分析了该方案中,雪崩光电二极管的偏置电压和输出信号的变化特性.根据理论分析的结果,给出了不同的单光子信号与两个门控脉冲的时序关系的确定依据,以及该方案对电尖峰噪声的消除效果,同时给出了探测系统的最小探测周期.并对理论分析的结果进行了实验验证,实验中测得尖峰噪声的抑制比为25.1dB,实验结果与理论分析相符.这些分析结果将有助于红外单光子探测器的设计和性能的优化.     

高速光纤通信系统中高阶PMD的优化建模

为了评估随机变化的偏振模色散(PMD)(包括一阶和二阶PMD)使系统信号裂化的程度,降低其对高速光纤通信系统传输速率和传输容量的不利影响,在斯托克斯空间中推导了偏振模色散(PMD)矢量的数学表达式。对PMD效应所导致的脉冲展宽进行了数学分析,给出了差分群时延(DGD)的变化、一阶PMD矢量和二阶PMD矢量方向的变化对脉冲展宽的影响。通过数学推导得出,在大多数情况下,二阶PMD无法完全补偿,需通过控制单元的调整使其对系统的影响达到极小值。通过实验分析,得到了和数学推导中同样的结果,从而证明了模型的正确性。     

两段PMD补偿中的优化算法比较

研究了两段PMD补偿器和补偿算法.存在二阶效应时,PMD补偿中的反馈信号将是一个多峰多谷的复杂信号.粒子群算法(PSO )作为一种优化算法已在实验中实现.研究了模拟退火算法（SA）作为含二阶PMD补偿的反馈信号的应用.通过仿真计算还比较了采用这两种算法的PMD补偿性能.     

中红外甲烷检测仪稳定性实验及温度补偿研究

利用甲烷分子在中红外3.31μm波段的吸收特性,设计并研制了一种便携式甲烷检测仪。为了研究仪器的稳定性,对其在体积分数为0×10-6气体下的输出电压信号做了长时间测试,结果显示,由于环境温度发生变化,半导体电子元件和光学元件参数以及甲烷分子吸收系数均发生漂移,使检测仪输出电压信号的相对漂移达1%。为了抑制温度变化对仪器检测性能的影响,进一步实验研究了仪器输出电压随温度的变化关系,并根据这一关系,对温度漂移造成的信号偏差进行了补偿。引入温度补偿后的实验结果显示,针对体积分数为0×10-6的样品气体,仪器输出电压每周相对波动从1%降至0.46%,体积分数波动范围从86×10-6降至37×10-6。针对体积分数为3250×10-6的样品气体,计算了仪器的阿伦方差曲线,当采样时间大于500s时,阿伦方差几乎趋于定值,其标准差小于10×10-6。因此,通过温度补偿,在一定程度上消除了环境温度的影响,从而改善了仪器的稳定性。     

10 Gb/s光纤通信系统一阶偏振模色散动态补偿系统反馈控制的实现

在偏振模色散(PMD)自动补偿技术中,如何根据反馈信号得到相应的控制信号,使补偿速度跟随偏振模色散变化始终是该技术的一个核心问题。提出了一种新颖的自适应抖动跟踪算法,完成了以微波信号为反馈的多自由度的一阶偏振模色散自动反馈补偿系统的跟踪补偿实验。算法成功地解决了传统算法在跟踪搜索过程中易陷入局部极值的问题,有效地克服了系统中的重要控制器件偏振控制器的磁滞现象以及动态补偿时跟踪搜索过程中易出现的瞬间恶化现象。实验结果表明该算法在对出现突发偏振模色散扰动后自动进行补偿的响应速度在ms量级,最快能达到1~2 ms。     

光纤通信系统中偏振模色散自适应补偿实验研究

成功地研制了光纤通信系统偏振模色散的自适应补偿实验系统.实验中采用特定频率分量功率取样作为反馈信号,采用一种名为PSO(Particle Swarm Optimization)的优化方法作为反馈控制算法.偏振模色散的补偿量达30 ps,自动跟踪补偿时间为1～2 s,实现了准实时自动跟踪补偿.     

新型偏振干涉成像光谱仪信噪比研究

基于辐射度学、电磁与偏振理论和傅里叶变换光谱学理论，从理论和实验上对超小型稳态偏振干涉成像光谱仪的信噪比进行了深入地分析与讨论.推导出了其信噪比的理论计算公式；采用计算机模拟给出了傍轴条件下信噪比随入射角的变化规律；深入分析了偏振干涉成像光谱仪所特有的偏振化方向对信噪比的影响.在调制度等于0.6，0.7，0.8，0.9，1.0时，给出信噪比随偏振器光轴偏角的变化关系，并给出最优化值.在最优化情况下，采用计算机模拟得出了信噪比随探测器像元数的变化规律，与干涉成像光谱实验结果完全相符.理论与实验结果表明，该偏振干涉成像光谱仪在高调制度的情况下具有高通量、高信噪比的显著特点，适合于航空航天、远距离目标和微弱信号的探测.该研究为新型偏振干涉成像光谱技术的研究和新型成像光谱仪的设计、研制和工程化提供了重要的理论依据和实践指导.     

基于单光子计数反馈的低噪声光纤信道波分复用实时偏振补偿系统

光纤信道由于受环境影响产生的随机双折射等物理效应使得在其中传输的光信号具有敏感的偏振变化,严重影响了偏振编码量子密钥分发系统的性能.本文提出了一种利用单光子计数作为反馈信号的低噪声光纤信道波分复用实时偏振补偿系统,该系统通过探测共轭参考光的光子计数得到光纤信道偏振变化信息,设计补偿算法控制电动偏振控制器实时校准对应偏振基下量子信号光的偏振态,成功实现了稳定的光纤信道偏振补偿.为验证补偿系统的有效性,进行了传输距离为25.2 km的基于BB84协议的量子密钥分发测试,在实验室环境和模拟城域网地埋光纤环境下得到了长达8 h的稳定测试结果,平均量子比特误码率分别为0.52%和1.25%.该实验结果表明本系统可在城域网地埋光纤环境下保障偏振编码量子密钥分发的稳定工作.     

40 Gbit/s OTDM系统中二阶偏振模色散自适应补偿技术研究

报导了一个40 Gbit/s OTDM系统中二阶偏振模色散(PMD)自适应补偿系统,此实验系统基于偏振度的反馈控制方法实现了二阶偏振模色散自动补偿.在中心波长1560.5 nm处,补偿后的DGD和二阶PMD效应改善明显.采用粒子群优化算法作为偏振模色散自适应补偿的搜索算法,补偿时间30 ms左右.     

偏振模色散补偿中偏振度与差分群延时关系的理论分析和实验

偏振模色散是高速光纤通信系统的主要问题之一。在用偏振度作为反馈信号的动态偏振模色散补偿系统中，偏振度与差分群延时的关系对于准确快速的动态偏振模色散补偿很重要。推导出了准单色光波情况下任意波形和高斯脉冲的偏振度的数学表达式，理论分析了高斯脉冲情况下分光比、脉冲宽度和连续脉冲个数分别对偏振度与差分群延时关系的影响，并用10Gbit／s归零／不归零伪随机码序列进行了实验，实验证明了理论推导和理论分析的正确性。实验还表明偏振度的大小与脉冲啁啾和光纤色散无关，从而肯定了将实际光脉冲化简为准单色光波分析的可行性。     

偏振模色散引起的脉冲展宽对接收灵敏度及频谱的影响

在10Gbit/s以上的光纤通信系统中，偏振模色散的影响已不可忽略，它可以引起信号脉冲的展宽，使接收系统的误码率上升，分析了偏振模色散引起的脉冲展宽对接收灵敏度及接收信号频谱的影响，并进行了实验验证，对进行偏振模色散的自动补偿具有重要意义。     

基于光信号偏振度的偏振模色散补偿系统的研究

偏振模色散已成为当前发展高速长距离光纤传输系统的主要限制因素。理论上分析了光纤一阶偏振膜色散效应对高速伪随机非归零码／归零码光信号偏振度的影响，并利用数值模拟的方法分析了信号不同输入偏振态以及高阶偏振膜色散效应对非归零码光信号偏振度的影响。最后对利用信号偏振度作为反馈控制信号的自适应偏振膜色散补偿系统的补偿性能进行了分析，大量统计分析结果表明对于10Gbit／s的非归零码光纤传输系统，当传输线路的平均偏振膜色散值小于43ps时，利用极大化输出信号偏振度的偏振膜色散补偿系统对信号眼图的补偿概率可以达到99．99％．     

40 Gb/s光时分复用系统中两级偏振模色散自适应补偿实验研究

偏振模色散效应严重制约着长距离高速光纤通信的发展，偏振模色散的自适应补偿成为光通信领域研究的焦点。利用两阶段偏振模色散补偿器，采用6个自由度的粒子群优化算法(PSO)，通过在线监测搜索光纤链路信号的偏振度极值作为反馈控制信息，在40Gb／s归零码高速光纤传输链路中成功实现了ms量级的偏振模色散自适应补偿。补偿前后采用庞加莱球法测量光纤链路中偏振模色散量，测量结果表明在信号中心波长1560．5nm处，差分群时延补偿前后测量值分别为21ps和1．3ps，而二阶偏振模色散补偿前后测量值分别为266ps^2和43．5ps^2。补偿后实验链路中的一阶和二阶的偏振模色散同时得到不同程度的补偿，并且系统的总的功率代价在误码率为10^-9时小于1dB。     

Extended Jones matrix for first-order polarization mode dispersion

I present numerical simulations of the average transfer function of polarization mode dispersion (PMD) in optical fibers conditioned on various given values of the differential group delay (DGD). I find that even fibers with relatively small mean DGD can exhibit significant coupling between the two principal states of polarization. The average frequency dependence of this coupling can be approximated by a generic analytic function that deviates substantially from the quadratic frequency dependence that is often assumed in second-order PMD models. Finally, I define an extended transfer matrix for first-order PMD that describes the average frequency dependence of all PMD-induced distortions as a function of the DGD and show that this matrix is much better suited for optical PMD compensation than that of a conventional first- and second-order PMD model.     

基于偏振度的偏振模色散补偿中检测信号对不同归零码型的响应研究

从理论上数值分析和比较了一阶和二阶偏振模色散对各种光调制码型（RZ、CSRZ、RZ-DPSK、CSRZ-DPSK）的偏振模色散的影响，结果表明:不同码型的偏振度大不相同，RZ码受偏振度影响最大，CSRZ-DPSK码受二阶偏振模色散的影响最小，在补偿系统中更适合缓解偏振模色散.     

偏振模色散自适应补偿系统对调制码型的适应性分析

偏振模色散(PMD)的自适应补偿已经得到了比较深入的研究。在实验中采用偏振度作为取样反馈信号, 粒子群优化算法(PSO)作为反馈控制算法, 比较了偏振模色散自适应补偿系统对于不同码型的补偿效果。结果表明, 传输信号质量严重恶化的情况下, 补偿之后, 对于不同的传输码型, 接收信号的误码率都可以达到一般光纤通信系统的基本要求(10-9), 说明了PMD自适应补偿系统对于各种调制码型都具有良好的补偿效果, 还可以看出, NRZ码相对于其他码型有较高的功率代价, 而RZ50码型在补偿系统中的接收性能最佳。     

高阶PMD统计特性研究

讨论了三阶偏振模色散(PMD)的统计特性及其对于高阶PMD补偿系统的影响.数值模拟结果表明,随着即时差分群时延(DGD)的增加,二阶PMD单位矢量旋转速率的统计覆盖范围的变化趋势与主偏振态(PSP)旋转斜率的相应变化正好相反.此外,随着即时DGD的增加,二阶PMD模值的统计覆盖范围不断增加,使得高速光通信系统中高阶PMD补偿的实现将更加困难.