高速光纖通信中的偏振控制技術

韓彧

摘 要：近年來我國的寬帶光纖通信技術得到了很大的發展，其中最為主要的就是偏振控制技術，其在光纖通信中發揮了重要的作用。筆者通過對穩定技術、緩解補償技術以及光偏分復用技術進行分析，提出其在寬帶高速光纖通信中的具體應用和發展前景，僅供參考。

關鍵詞：寬帶高速；光纖通信系統；偏振控制技術

信息技術的不斷發展，使得寬帶光纖技術的發展取得了很大的成就，已經融入到人們的正常生活，其在發展的過程中，已經逐漸向提高傳輸的速率、傳輸的距離、實現正交幅度調制等方向轉變，而且在偏分復用技術出現后，波長的在傳輸容量上得到了很大的改善，頻譜的效率也得到了很大的改善。偏振現象和復用技術一樣，對于提高光纖系統的容量有著重要的作用，但是其自身也存在一定的缺陷。

1 偏振現象在寬帶高速光纖中的應用

偏振態的概念需結合光來闡述，光屬于電磁波，為橫波，并且光的矢量根據其傳播的方向垂直方向振動。因此，結合電矢量振動的方式，可將光的偏振態分為圓偏振光、部分偏振光、橢圓偏振光、線偏振光和自然光等5種形態。而光纖中穩定狀態的提出，主要是在拉纖過程中，因為光纖存存在不均勻性，并且殘留有光纜和應力，經過彎曲、擠壓和震動等之后，均會導致光纖的內部在傳輸時偏振態存在一定的改變，并且這種無規則的雙折射在相應環境因素的影響下，將會隨時間的變化而變化。

通過分析可知，偏振狀態在光纖中的變化具有一定的隨機性，通過其自身的變化可以實現對瑞利的分布，但是在不同的光纖場景中，偏振態的變化也會有所不同，因為偏分復用系統一般都是運用在光纖通信中，對于增強系統的傳輸量有著重要的作用，因此，偏振狀態的不穩定也會對系統的接收工作造成一定的影響。

光纖放大器的應用不斷擴大，使得對偏振穩定性的研究逐漸減少，但是光纖通信在傳輸效率上卻得到了很大的提升，這就使得偏振模色散逐漸被人們所重視，更多的人開始投入對偏振穩定和偏振跟蹤的先關研究，通過把偏振分數器和偏振片的強光當做反饋的信號，來實現對偏振控制器的快速控制，再通過對相應計算方法的應用，來實現相應的偏振跟蹤。通過全局最小值方法的運用，可以把激光器傳輸的信號通過擾偏器來獲取因時間的不同出現的偏振狀態，近而得到函數的最大值，再把全局的最大值計算出來，這種方法對于偏振狀態的研究有著重要的作用。

2 偏分解復系統的實際應用

偏分解復用系統主要是應用于檢測工作，可以通過兩個幾乎處于獨立狀態的光纖偏振，來把光信號傳輸到兩個偏振狀態之上，近而使得傳輸的容量得到相應的增加，目前在應用的過程中普遍采用的是DQOSK系統，其可以實現直接檢測，或者是以檢測的方式實現對信號的接收。

QPSK光信號通過光載波的激光進行輸出，然后通過相應的調制器產生的，再通過偏振合束器和分路，形成相應的偏分復用光信號，然后再通過光纖進行傳輸，在接收的過程中，在結合分束器和激光器共同作用下形成2路光信號，在光信號進入偏振分離混合器時，可以形成干涉信號，再把干涉信號轉換為數字信號，最后使用電處理的方法，來實施偏振解復用和載波相位的恢復。

利用相干檢測的PM刀PSK加載和接收系統，激光器輸出的光載波經過I/Q調制器產生QPSK的光信號，經過分路、偏振合束器（PBC）3成偏分復用的光信號，供光纖傳輸.接收時，須使拜一個本地激光器（OLO）產生本地光和分束器（PBS）形成的2路光信號，進入偏振分離光混合器形成干涉信號，再經過4路模數轉換器（ADC）轉變成數字信號，再利用己較成熟的電處理方法做實時在線處理，必須使用高迸數字信號處理器（DSP）；如果做離線處理，可用實時存儲示波器存儲接收信號記錄，然后進行離線處理。

在拉纖過程中，光纖的不均勻、殘存的應力和光纜受到擠壓、彎曲、振動等都會造成光纖內部的無規雙折射，使光在光纖中傳輸時的偏振態發生變化，而這種無規雙折射受環境的影響又隨時間不斷變化，因此，光纖中偏振態也是隨機變化的，且其變化滿足瑞利分布。

不同場景下，光纖偏振態變化的快慢也不同，如圖1所示。埋地光纜光偏振態變化約為20rad/s，架空光纜光偏振態變化約為5o rad/s，埋地與架空混合的光纜光偏振態變化約為100rad/s，將幾米光纖環起來猛力振動后其偏振態變化約為600rad/s。骨干網中色散補償光纖模塊（DCM）由幾千米的色散補償光纖盤構成，敲擊DCM可使光偏振態發生1s7krad/s的變化。

圖1 各種場景下光纖偏振態的變化率

高速光纖通信系統常用偏分復用系統加倍傳輸容量，偏振態的不穩定給接收系統造成很大影響。因此，偏振態的穩定成為高速光纖通信系統研究的一個重要課題。偏振穩定在20世紀80年代關于相干檢測可提高接收機靈敏度的研究中被提及.隨著摻餌光纖放大器的廣泛應用，偏振穩定長時間不被提及。然而，近幾年隨著光纖通信系統傳輸速率升級到40Gbit/PMD開始被重視，偏振跟蹤、偏振穩定再次引起注意。

同時應在接受端做出相應的在線實施處理，可結合高速信號處理器的應用。如果采用離線處理的方式，需對用于實時存儲儲示波器所存儲接收的信號進行記錄，之后再實施相應的離線處理。如果采用實時相應檢測的在線接收，應快速的進行數字號處理和模數轉換處理。但由于采用相干檢測需要花費大量費用，因此在電子器件方面的要求較高，但隨著偏振跟蹤技術的應用，光纖網的傳輸又上了一個新的臺階。

3 對偏振模色散的自適應補償分析

光纖通信骨干網的傳輸速度得到大幅度提升以后，PMD因素是其中一個主要的影響因素，目前對于這方面的研究主要是在測量技術、統計特性和系統的影響等方面，而PMD的自身問題，通常會采用補償技術和緩解技術來進行解決，緩解技術主要是實現對傳輸系統的改正，加強新型調制碼的應用，來使得PMD的容忍度得以增強。

補償技術雖然不會對傳輸系統起到作用，但是其在處理PMD影響的信號損傷有著優勢作用，主要是通過對光纖拉纖技術進行相應的改變，制造出PMD的小系數光纖。光纖扭轉方法的運用，在光纖的熔點和硅相接近時，通過拉制的作用，使得光纖處于一個不斷扭轉的狀態，近而使得其自身的非對稱性得到極大的降低，在PMD補償和緩解工作中，要加強對光纖通信干線的設計，選擇PMD系數較小的光纖來進行鋪設，而且還要在已有的光纜上增設高速光纖通信系統，來實現對新型調制解碼的應用，使其更好地發揮出效果。

結束語

通過上述的分析可知，偏振狀態在光纖中主要是對高速光纖的應用發揮著重要的作用，再具體應用的過程中，需要加強對分復用系統、偏振穩定和偏振模色補償等幾方面的研究工作，近而來促進高速光纖通信技術更好地發展。■

參考文獻

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