基于PSO算法的WDM系统中自适应PMD补偿的性能分析

提出了一种应用于WDM系统中的自适应偏振模色散(PMD)补偿方法。将偏振扰频器与基本正交偏振分束探测相结合,首先由偏振信号光功率PS和消偏的背景噪声PN得到光信噪比(OSNR),然后再通过OSNR与偏振度(DOP)的关系来实现多信道DOP的监测。采用粒子群优化(PSO)算法实现了DOP的搜索和跟踪,并经D/A转换,将对应的电压施加在偏振控制器上。调制电压范围为0~10V,调节信号的基本偏振态,从而形成闭环反馈控制模块。通过多次迭代,得到了DOP的最佳值,实现了对PMD的自适应补偿。补偿后,眼图张开度得到了明显的改善。论证了补偿方法的有效性。     

不同调制方式下偏振度与偏振模色散的关系

给出了偏振度与偏振模色散关系的理论模型,分析了非归零和归零两种调制方式下的偏振度与偏振模色散关系特性,结果表明偏振度町以作为实时检测偏振模色散的信号;且偏振度对偏振模色散的有效检测范围不大于调制光信号的占空比α,同时检测灵敏度与有效检测范围成反比;在非归零调制时偏振度对偏振模色散的有效检测范围最宽,为调制光信号的一个调制周期,是常规归零调制(占空比为0．5)时的2倍,但灵敏度只有常规归零调制时的一半。进一步探讨了在实际应用中改善偏振度对偏振模色散的有效检测范围和灵敏度的方法。实验验证了非归零调制时偏振度与偏振模色散关系特性。     

红外波段下湿度对偏振光传输特性的影响

针对红外波段下湿度对偏振光传输特性的影响问题,以自然界中较常见的烟煤粒子作为研究对象,采用蒙特卡洛法仿真研究,不同红外波段下湿度对线偏光和圆偏光传输特性的影响情况及其之间差异特性.结果表明:在短波波段,线偏光与圆偏光的偏振度随湿度的增加都呈现逐渐上升的趋势;在中波波段,随湿度的增加两种偏振光都呈现下降趋势;而在长波波段,湿度对偏振状态几乎没有影响.进一步比较可知,在短波波段,圆偏光具有更好的偏振特性,而在中长波情况下,线偏光的偏振特性更加显著.因此,在应用红外偏振进行探测时,本研究对波段的选取、湿度的控制及偏振态的应用具有重要的指导意义.     

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.     

偏振模色散动态补偿中色度色散影响的研究

分析了色度色散(CD)对偏振模色散(PMD)动态补偿中偏振度(DOP)反馈的影响,模拟和实验验证了2．5Gb／s和10Gb／s非归零调制系统中光信号偏振度特性和系统误码率特性。表明有色度色散作用时信号偏振度值比仅受偏振模色散作用时要大．但误码率随色度色散量增加先轻度好转后就逐渐变差．偏振度值将不能如实反映偏振模色散对系统性能的影响。且信号两正交偏振分量间能量差别越小或差分群延迟越大,上述两种情况下信号偏振度值偏离就越远。这种偏离还随系统速率和色度色散量的增加而加剧。进一步探讨了实际偏振模色散补偿中减轻色度色散影响的措施,表明当系统中同时存在偏振模色散和色度色散影响时,必须在基于偏振度反馈的偏振模色散补偿前完成色度色散补偿。     

偏振模色散补偿控制中偏振度技术的性能

基于主偏振态理论，导出了光信号偏振度的解析表达式.并对40 Gb/s光传输系统中的信号偏振度受各种因素的影响进行了数值模拟，包括啁啾、脉冲形状、脉冲宽度、自发辐射噪声以及消光比等.结果表明，偏振度技术能有效地监测和控制40 Gb/s系统中小于37.5 ps的偏振模色散.而且发现就最大化偏振度技术对差分群延时的容许范围而言，脉冲的1/e强度半宽取0.45个位宽（11.25 ps）是最优的.     

模拟溢油样品激光诱导荧光光谱的偏振特性研究

激光诱导荧光是海洋溢油探测的有效手段之一,但该技术的应用易受自然水体中叶绿素、CDOM等物质荧光信号的干扰。为了寻求排除自然水体荧光干扰的方法,基于532 nm连续激光器搭建了激光诱导偏振荧光实验装置,并针对六种不同密度的模拟溢油样品和自然水体开展了荧光光谱偏振特性研究。实验结果发现,与自然水体的荧光光谱不具有明显的偏振特性不同,所有模拟溢油样品的诱导荧光均具有明显的偏振特性,这一结论说明激光诱导荧光光谱的偏振特性可以作为排除叶绿素、CDOM等物质荧光干扰的依据。实验还发现,溢油样品的荧光偏振性质因样品种类而异。在线偏振光激发下,原油样品荧光偏振度随波长逐渐降低,其中重质原油样品偏振度降低幅度最大,轻质原油样品幅度最小,而柴油样品荧光偏振度没有明显变化;当周期性改变激发光的偏振状态时,所有模拟溢油样品的荧光偏振度随之发生趋势相同的周期性波动,中质样品荧光偏振度波动的幅度低于重质样品,但明显超过轻质样品。这一结果说明,模拟溢油样品诱导荧光偏振度的波长变化特性及对激发光偏振态的响应特性均与样品密度存在一定关联,其偏振特性可以作为辅助油种识别的重要参量。     

一种基于旋转1/4波片法的激光偏振度测量仪

为了满足光的偏振特性测量要求,设计了一套激光偏振度测量仪。该装置利用旋转1/4波片对光波进行调制,通过对调制信号进行傅里叶分析获得光源的偏振度。利用测量光功率的方式对激光偏振度测量仪的偏振度进行校准,实验结果表明,所研制的激光偏振度测量仪测量精度优于0.5%,满足高精度激光偏振度测量需求。     

Minimization of the influence of passive-light contribution in active imaging of the degree of polarization

Active imaging systems that measure the degree of polarization (DOP) are often perturbed by passive light owing to ambient illumination. Passive light introduces a shot noise that combines with the noise due to the active signal to perturb estimation of the DOP. We quantitatively study its influence and show that the polarization state of active illumination can be adjusted to minimize the influence of passive light. It is thus an additional degree of freedom for optimization.     

椭球粒子烟雾浓度对激光偏振度影响的实验研究

以斯托克斯矢量理论为基础,通过搭建偏振传输半实物模拟装置进行模拟实验,观测激光在模拟环境(不同浓度的椭球粒子在非均匀分布状态)下偏振度(degree of polarization, DOP)的变化。实验选取灵芝孢子碳化粉末作为椭球粒子的实验对象,通过烟雾机将椭球粒子形成不同浓度的烟雾,研究入射波长为532 nm、671 nm的激光在0°、+45°、90°的线偏振光以及左旋圆偏振光经过模拟环境后偏振度(DOP)的变化情况。实验结果表明:入射偏振光随着烟雾浓度的增大,偏振度呈下降趋势;3种入射线偏振光随浓度增大降幅不尽相同,没有明显的规律可循;不同波长低浓度烟雾时,线偏振光与圆偏振光的偏振度下降幅度大抵相同,大约为3%左右;随着烟雾浓度的增大,线偏振光的偏振度表现出不同程度的下降,可达20%,圆偏振光的偏振度仅下降5%,表现出了较好的保偏能力。     

Performance comparison between sampling methods using DOP as feedback signal for higher-order PMD compensator

We numerically analyzed the performance of the two polarization-mode dispersion (PMD) compensation methods of the single degree of polarization (DOP) sampling and DOP ellipsoid sampling methods. The numerical results show that the single DOP sampling method can generate the maximum DOP, and may result in a small overall differential group delay (DGD) or the principal state of polarization (PSP)launching. By the PSP launching, just the first-order PMD is compensated while second-order PMD not.When the DOP ellipsoid sampling method is used the performance is evidently better, because the effect of high-order PMD on PMD compensation is reduced.     

低太阳高度角条件下的天空偏振模式模拟及大气折射影响研究

为模拟低太阳高度角条件下的天空偏振模式,自主开发了考虑大气球形几何及大气折射效应的辐射传输模式VSPART,并将其运用于漫射光偏振特性仿真.在模式中,基于射线追踪法实现了光线传播轨迹的追踪和入射光偏振态及透过率的计算,基于矩阵算法实现了辐射传输方程的求解.将VSPART模拟结果与基准值、SPDISORT模拟值进行了比较,验证了模型的准确性.在瑞利散射大气和含气溶胶大气条件下,模拟并分析了漫射光偏振度及偏振方向的分布特征,讨论了大气球形几何及折射效应对天空偏振度的影响.结果表明,低太阳高度角条件下,随着波长增加,瑞利散射大气对应的偏振度整体随之增强,中性点向大天顶角方向移动;气溶胶的存在并不改变天空偏振度分布特征,但对偏振方向影响显著,随着光学厚度的增加,天空偏振度值迅速降低;中性点的偏移可能与低阶散射过程紧密相关;大气球形几何和折射效应的主要影响区域为地平线区域、两中性点附近及天顶区域;瑞利散射大气条件下,随着波长增加,大气球形几何及折射效应的影响逐步减弱,特别在中性点附近及天顶区域,其影响逐步消失;随着气溶胶光学厚度的增加,其影响随之增强.     

Coherent recovery of the degree of polarization of light propagating in random anisotropy media

We report on the study of light polarization behavior in random anisotropy scattering media. It is shown that, in the case of low scattering events, the degree of polarization (DOP) demonstrates oscillatory behavior due to the coherent character of light scattering. A strong increase in the DOP is demonstrated by using electro-optic fine tuning of the refractive index modulation depth of the scattering media.     

空间调制干涉光谱成像仪偏振度测试

在计算分析的基础上,采用极值搜索法,利用太阳模拟器（波长范围：250 mm~2 500 mm）,准直镜（焦距：120 mm）和偏振片（消光比：1/500）对空间调制干涉光谱成像仪的偏振特性进行测试.结果表明：偏振片的消光比以及准直镜自身的偏振度是影响空间调制干涉光谱成像仪偏振度测量过程中不确定度的主要因素.     

Maximal degree of polarization for visible light scattered by an aqueous droplet

The maximal degree of polarization (DOP) for the visible solar light scattered by an aqueous droplet at a given scattering angle is found in this paper. Based on the Lorenz-Mie theory, the numerical expression for the DOP of the light scattered by any spherical particle is deduced. For the given scattering angle and aqueous droplet, the DOP dependent on wavelength is calculated according to familiar solar spectral colors. The maximal DOP of each spectral color is exhibited and some analyses are given. This analysis may contribute to applications of indicating atmospheric conditions and polarized light compass navigation.     

敦煌辐射校正场反射辐射偏振特性研究

卫星遥感器辐射校正场的地表反射辐射测量(例如地表反射率、地表辐亮度等)对卫星遥感器的在轨定标至关重要。由于地物光谱仪自身具有一定的偏振敏感性, 场地反射辐射的偏振特性将会引入偏振测量误差。采用基于偏振成像仪和塔吊的非定点测量方式以及基于偏振光谱仪和BRDF测量架的定点测量方式, 测量了敦煌场490 nm和670 nm波段场地反射辐射的多角度偏振分布和局地偏振均匀性。试验结果表明, 敦煌辐射校正场的反射辐射具有一定的偏振特性。偏振特性和波段有关, 490 nm波段偏振度明显大于670 nm波段。490 nm和670 nm波段的多角度偏振分布关于太阳主平面对称。在太阳主平面内, 前向散射区偏振度大于后向散射区, 并随天顶角变大而变大。两种测量方式获得了一致的偏振特性分布规律。获得了直径100 m区域的场地反射辐射局部均匀性, 均匀性在6%左右。研究场地反射辐射的偏振特性对于场地辐射探测方案的改进以及辐射测量精度的提高具有重要意义。     

Precision of degree of polarization estimation in the presence of additive Gaussian detector noise

We address the problem of degree of polarization (DOP) estimation in images limited by additive Gaussian detector noise. We derive and analyze the probability density function (PDF) of the pixelwise DOP estimate, which is shown to have significantly different statistical properties than when noise is Gamma distributed (speckle). We then determine the Cramer-Rao Lower Bound and the maximum likelihood estimator of the DOP. We deduce from this study practical solutions for characterizing and reducing the noise in these images.     

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％．     

20Gb/s系统中偏振模色散的偏振度反馈控制分析

基于主偏振态理论和一阶偏振模色散近似,推导出光信号偏振度的一个简洁解析表达式。并利用该解析表达式和快速傅里叶变换,对20Gb／s系统的偏振模色散补偿中,偏振度监测法的灵敏度和跟踪范围受多种因素(如脉冲啁啾、占空比、消光比、放大自发辐射噪声、自相位调制等)的影响程度进行了数值模拟分析。发现利用偏振度监测法反馈控制偏振模色散补偿时,监测灵敏度和跟踪范围是折中的,较小的占空比有利于提高偏振度监测法的灵敏度,而且总可以对高达1．5个位周期(75ps)的差分群延时进行跟踪,但当占空比低于0．5时,跟踪范围迅速缩小,消光比和放大自发辐射噪声不会明显改变偏振度监测法的跟踪范围,自相位调制效应显著地影响偏振度监测法的性能。     

Quantum channel with controllable decoherence using polarization-time coupling

An optical quantum channel that introduces decoherence in the polarization state by continuously controlling the output degree of polarization (DOP) is proposed, and a proof-of-principle experiment is performed. The decoherence is achieved by a depolarizing process that couples the polarization and time-of-flight degrees of freedom of the single photons in a high-birefringence medium, and is experimentally characterized via standard quantum state tomography. It is shown that the output DOP is independent of the input polarization state and the response times of the photodetectors.