高速光纤通信中的偏振控制技术

韩彧

摘 要：近年来我国的宽带光纤通信技术得到了很大的发展，其中最为主要的就是偏振控制技术，其在光纤通信中发挥了重要的作用。笔者通过对稳定技术、缓解补偿技术以及光偏分复用技术进行分析，提出其在宽带高速光纤通信中的具体应用和发展前景，仅供参考。

关键词：宽带高速；光纤通信系统；偏振控制技术

信息技术的不断发展，使得宽带光纤技术的发展取得了很大的成就，已经融入到人们的正常生活，其在发展的过程中，已经逐渐向提高传输的速率、传输的距离、实现正交幅度调制等方向转变，而且在偏分复用技术出现后，波长的在传输容量上得到了很大的改善，频谱的效率也得到了很大的改善。偏振现象和复用技术一样，对于提高光纤系统的容量有着重要的作用，但是其自身也存在一定的缺陷。

1 偏振现象在宽带高速光纤中的应用

偏振态的概念需结合光来阐述，光属于电磁波，为横波，并且光的矢量根据其传播的方向垂直方向振动。因此，结合电矢量振动的方式，可将光的偏振态分为圆偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、线偏振光和自然光等5种形态。而光纤中稳定状态的提出，主要是在拉纤过程中，因为光纤存存在不均匀性，并且残留有光缆和应力，经过弯曲、挤压和震动等之后，均会导致光纤的内部在传输时偏振态存在一定的改变，并且这种无规则的双折射在相应环境因素的影响下，将会随时间的变化而变化。

通过分析可知，偏振状态在光纤中的变化具有一定的随机性，通过其自身的变化可以实现对瑞利的分布，但是在不同的光纤场景中，偏振态的变化也会有所不同，因为偏分复用系统一般都是运用在光纤通信中，对于增强系统的传输量有着重要的作用，因此，偏振状态的不稳定也会对系统的接收工作造成一定的影响。

光纤放大器的应用不断扩大，使得对偏振稳定性的研究逐渐减少，但是光纤通信在传输效率上却得到了很大的提升，这就使得偏振模色散逐渐被人们所重视，更多的人开始投入对偏振稳定和偏振跟踪的先关研究，通过把偏振分数器和偏振片的强光当做反馈的信号，来实现对偏振控制器的快速控制，再通过对相应计算方法的应用，来实现相应的偏振跟踪。通过全局最小值方法的运用，可以把激光器传输的信号通过扰偏器来获取因时间的不同出现的偏振状态，近而得到函数的最大值，再把全局的最大值计算出来，这种方法对于偏振状态的研究有着重要的作用。

2 偏分解复系统的实际应用

偏分解复用系统主要是应用于检测工作，可以通过两个几乎处于独立状态的光纤偏振，来把光信号传输到两个偏振状态之上，近而使得传输的容量得到相应的增加，目前在应用的过程中普遍采用的是DQOSK系统，其可以实现直接检测，或者是以检测的方式实现对信号的接收。

QPSK光信号通过光载波的激光进行输出，然后通过相应的调制器产生的，再通过偏振合束器和分路，形成相应的偏分复用光信号，然后再通过光纤进行传输，在接收的过程中，在结合分束器和激光器共同作用下形成2路光信号，在光信号进入偏振分离混合器时，可以形成干涉信号，再把干涉信号转换为数字信号，最后使用电处理的方法，来实施偏振解复用和载波相位的恢复。

利用相干检测的PM刀PSK加载和接收系统，激光器输出的光载波经过I/Q调制器产生QPSK的光信号，经过分路、偏振合束器（PBC）3成偏分复用的光信号，供光纤传输.接收时，须使拜一个本地激光器（OLO）产生本地光和分束器（PBS）形成的2路光信号，进入偏振分离光混合器形成干涉信号，再经过4路模数转换器（ADC）转变成数字信号，再利用己较成熟的电处理方法做实时在线处理，必须使用高迸数字信号处理器（DSP）；如果做离线处理，可用实时存储示波器存储接收信号记录，然后进行离线处理。

在拉纤过程中，光纤的不均匀、残存的应力和光缆受到挤压、弯曲、振动等都会造成光纤内部的无规双折射，使光在光纤中传输时的偏振态发生变化，而这种无规双折射受环境的影响又随时间不断变化，因此，光纤中偏振态也是随机变化的，且其变化满足瑞利分布。

不同场景下，光纤偏振态变化的快慢也不同，如图1所示。埋地光缆光偏振态变化约为20rad/s，架空光缆光偏振态变化约为5o rad/s，埋地与架空混合的光缆光偏振态变化约为100rad/s，将几米光纤环起来猛力振动后其偏振态变化约为600rad/s。骨干网中色散补偿光纤模块（DCM）由几千米的色散补偿光纤盘构成，敲击DCM可使光偏振态发生1s7krad/s的变化。

图1 各种场景下光纤偏振态的变化率

高速光纤通信系统常用偏分复用系统加倍传输容量，偏振态的不稳定给接收系统造成很大影响。因此，偏振态的稳定成为高速光纤通信系统研究的一个重要课题。偏振稳定在20世纪80年代关于相干检测可提高接收机灵敏度的研究中被提及.随着掺饵光纤放大器的广泛应用，偏振稳定长时间不被提及。然而，近几年随着光纤通信系统传输速率升级到40Gbit/PMD开始被重视，偏振跟踪、偏振稳定再次引起注意。

同时应在接受端做出相应的在线实施处理，可结合高速信号处理器的应用。如果采用离线处理的方式，需对用于实时存储储示波器所存储接收的信号进行记录，之后再实施相应的离线处理。如果采用实时相应检测的在线接收，应快速的进行数字号处理和模数转换处理。但由于采用相干检测需要花费大量费用，因此在电子器件方面的要求较高，但随着偏振跟踪技术的应用，光纤网的传输又上了一个新的台阶。

3 对偏振模色散的自适应补偿分析

光纤通信骨干网的传输速度得到大幅度提升以后，PMD因素是其中一个主要的影响因素，目前对于这方面的研究主要是在测量技术、统计特性和系统的影响等方面，而PMD的自身问题，通常会采用补偿技术和缓解技术来进行解决，缓解技术主要是实现对传输系统的改正，加强新型调制码的应用，来使得PMD的容忍度得以增强。

补偿技术虽然不会对传输系统起到作用，但是其在处理PMD影响的信号损伤有着优势作用，主要是通过对光纤拉纤技术进行相应的改变，制造出PMD的小系数光纤。光纤扭转方法的运用，在光纤的熔点和硅相接近时，通过拉制的作用，使得光纤处于一个不断扭转的状态，近而使得其自身的非对称性得到极大的降低，在PMD补偿和缓解工作中，要加强对光纤通信干线的设计，选择PMD系数较小的光纤来进行铺设，而且还要在已有的光缆上增设高速光纤通信系统，来实现对新型调制解码的应用，使其更好地发挥出效果。

结束语

通过上述的分析可知，偏振状态在光纤中主要是对高速光纤的应用发挥着重要的作用，再具体应用的过程中，需要加强对分复用系统、偏振稳定和偏振模色补偿等几方面的研究工作，近而来促进高速光纤通信技术更好地发展。■

参考文献

[1]刘东亮，南仁东，李建斌.基于CUDA-GPU的宽带高速频谱分析系统的研究[J].高技术通讯，2012，（2）.

[2]李民政，欧阳缮，肖海林，陈紫强.宽带高速车载环境中的分布式空时频编码[J].电路与系统学报，2011，（4）.