高速光纖通信中的偏振控制技術(shù)

韓彧

摘 要：近年來我國的寬帶光纖通信技術(shù)得到了很大的發(fā)展，其中最為主要的就是偏振控制技術(shù)，其在光纖通信中發(fā)揮了重要的作用。筆者通過對穩(wěn)定技術(shù)、緩解補(bǔ)償技術(shù)以及光偏分復(fù)用技術(shù)進(jìn)行分析，提出其在寬帶高速光纖通信中的具體應(yīng)用和發(fā)展前景，僅供參考。

關(guān)鍵詞：寬帶高速；光纖通信系統(tǒng)；偏振控制技術(shù)

信息技術(shù)的不斷發(fā)展，使得寬帶光纖技術(shù)的發(fā)展取得了很大的成就，已經(jīng)融入到人們的正常生活，其在發(fā)展的過程中，已經(jīng)逐漸向提高傳輸?shù)乃俾?、傳輸?shù)木嚯x、實(shí)現(xiàn)正交幅度調(diào)制等方向轉(zhuǎn)變，而且在偏分復(fù)用技術(shù)出現(xiàn)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(xiàn)象和復(fù)用技術(shù)一樣，對于提高光纖系統(tǒng)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(xiàn)象在寬帶高速光纖中的應(yīng)用

偏振態(tài)的概念需結(jié)合光來闡述，光屬于電磁波，為橫波，并且光的矢量根據(jù)其傳播的方向垂直方向振動(dòng)。因此，結(jié)合電矢量振動(dòng)的方式，可將光的偏振態(tài)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(tài)。而光纖中穩(wěn)定狀態(tài)的提出，主要是在拉纖過程中，因?yàn)楣饫w存存在不均勻性，并且殘留有光纜和應(yīng)力，經(jīng)過彎曲、擠壓和震動(dòng)等之后，均會(huì)導(dǎo)致光纖的內(nèi)部在傳輸時(shí)偏振態(tài)存在一定的改變，并且這種無規(guī)則的雙折射在相應(yīng)環(huán)境因素的影響下，將會(huì)隨時(shí)間的變化而變化。

通過分析可知，偏振狀態(tài)在光纖中的變化具有一定的隨機(jī)性，通過其自身的變化可以實(shí)現(xiàn)對瑞利的分布，但是在不同的光纖場景中，偏振態(tài)的變化也會(huì)有所不同，因?yàn)槠謴?fù)用系統(tǒng)一般都是運(yùn)用在光纖通信中，對于增強(qiáng)系統(tǒng)的傳輸量有著重要的作用，因此，偏振狀態(tài)的不穩(wěn)定也會(huì)對系統(tǒng)的接收工作造成一定的影響。

光纖放大器的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，使得對偏振穩(wěn)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(wěn)定和偏振跟蹤的先關(guān)研究，通過把偏振分?jǐn)?shù)器和偏振片的強(qiáng)光當(dāng)做反饋的信號，來實(shí)現(xiàn)對偏振控制器的快速控制，再通過對相應(yīng)計(jì)算方法的應(yīng)用，來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的偏振跟蹤。通過全局最小值方法的運(yùn)用，可以把激光器傳輸?shù)男盘柾ㄟ^擾偏器來獲取因時(shí)間的不同出現(xiàn)的偏振狀態(tài)，近而得到函數(shù)的最大值，再把全局的最大值計(jì)算出來，這種方法對于偏振狀態(tài)的研究有著重要的作用。

2 偏分解復(fù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

偏分解復(fù)用系統(tǒng)主要是應(yīng)用于檢測工作，可以通過兩個(gè)幾乎處于獨(dú)立狀態(tài)的光纖偏振，來把光信號傳輸?shù)絻蓚€(gè)偏振狀態(tài)之上，近而使得傳輸?shù)娜萘康玫较鄳?yīng)的增加，目前在應(yīng)用的過程中普遍采用的是DQOSK系統(tǒng)，其可以實(shí)現(xiàn)直接檢測，或者是以檢測的方式實(shí)現(xiàn)對信號的接收。

QPSK光信號通過光載波的激光進(jìn)行輸出，然后通過相應(yīng)的調(diào)制器產(chǎn)生的，再通過偏振合束器和分路，形成相應(yīng)的偏分復(fù)用光信號，然后再通過光纖進(jìn)行傳輸，在接收的過程中，在結(jié)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(jìn)入偏振分離混合器時(shí)，可以形成干涉信號，再把干涉信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后使用電處理的方法，來實(shí)施偏振解復(fù)用和載波相位的恢復(fù)。

利用相干檢測的PM刀PSK加載和接收系統(tǒng)，激光器輸出的光載波經(jīng)過I/Q調(diào)制器產(chǎn)生QPSK的光信號，經(jīng)過分路、偏振合束器（PBC）3成偏分復(fù)用的光信號，供光纖傳輸.接收時(shí)，須使拜一個(gè)本地激光器（OLO）產(chǎn)生本地光和分束器（PBS）形成的2路光信號，進(jìn)入偏振分離光混合器形成干涉信號，再經(jīng)過4路模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，再利用己較成熟的電處理方法做實(shí)時(shí)在線處理，必須使用高迸數(shù)字信號處理器（DSP）；如果做離線處理，可用實(shí)時(shí)存儲(chǔ)示波器存儲(chǔ)接收信號記錄，然后進(jìn)行離線處理。

在拉纖過程中，光纖的不均勻、殘存的應(yīng)力和光纜受到擠壓、彎曲、振動(dòng)等都會(huì)造成光纖內(nèi)部的無規(guī)雙折射，使光在光纖中傳輸時(shí)的偏振態(tài)發(fā)生變化，而這種無規(guī)雙折射受環(huán)境的影響又隨時(shí)間不斷變化，因此，光纖中偏振態(tài)也是隨機(jī)變化的，且其變化滿足瑞利分布。

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

圖1 各種場景下光纖偏振態(tài)的變化率

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

同時(shí)應(yīng)在接受端做出相應(yīng)的在線實(shí)施處理，可結(jié)合高速信號處理器的應(yīng)用。如果采用離線處理的方式，需對用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)儲(chǔ)示波器所存儲(chǔ)接收的信號進(jìn)行記錄，之后再實(shí)施相應(yīng)的離線處理。如果采用實(shí)時(shí)相應(yīng)檢測的在線接收，應(yīng)快速的進(jìn)行數(shù)字號處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。但由于采用相干檢測需要花費(fèi)大量費(fèi)用，因此在電子器件方面的要求較高，但隨著偏振跟蹤技術(shù)的應(yīng)用，光纖網(wǎng)的傳輸又上了一個(gè)新的臺階。

3 對偏振模色散的自適應(yīng)補(bǔ)償分析

光纖通信骨干網(wǎng)的傳輸速度得到大幅度提升以后，PMD因素是其中一個(gè)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(shù)、統(tǒng)計(jì)特性和系統(tǒng)的影響等方面，而PMD的自身問題，通常會(huì)采用補(bǔ)償技術(shù)和緩解技術(shù)來進(jìn)行解決，緩解技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)對傳輸系統(tǒng)的改正，加強(qiáng)新型調(diào)制碼的應(yīng)用，來使得PMD的容忍度得以增強(qiáng)。

補(bǔ)償技術(shù)雖然不會(huì)對傳輸系統(tǒng)起到作用，但是其在處理PMD影響的信號損傷有著優(yōu)勢作用，主要是通過對光纖拉纖技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的改變，制造出PMD的小系數(shù)光纖。光纖扭轉(zhuǎn)方法的運(yùn)用，在光纖的熔點(diǎn)和硅相接近時(shí)，通過拉制的作用，使得光纖處于一個(gè)不斷扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)，近而使得其自身的非對稱性得到極大的降低，在PMD補(bǔ)償和緩解工作中，要加強(qiáng)對光纖通信干線的設(shè)計(jì)，選擇PMD系數(shù)較小的光纖來進(jìn)行鋪設(shè)，而且還要在已有的光纜上增設(shè)高速光纖通信系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)對新型調(diào)制解碼的應(yīng)用，使其更好地發(fā)揮出效果。

結(jié)束語

通過上述的分析可知，偏振狀態(tài)在光纖中主要是對高速光纖的應(yīng)用發(fā)揮著重要的作用，再具體應(yīng)用的過程中，需要加強(qiáng)對分復(fù)用系統(tǒng)、偏振穩(wěn)定和偏振模色補(bǔ)償?shù)葞追矫娴难芯抗ぷ鳎鴣泶龠M(jìn)高速光纖通信技術(shù)更好地發(fā)展?！?/p>

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