我今天讲演的内容是三个方面，第一是为什么研究光纤通信系统中的偏振问题，第二讲一下偏振模色散，还有一个是偏振跟踪与偏振稳定。
为什么研究光信号偏振，在整个光纤中，光纤是不均匀的，可以分几个小段看，光信号偏振台SOP在每个局段出现，而且变化是随机的。介绍一下偏振模色散的基本概念，铺设的过程中会造成一些变形或者有一些盈利会造成光纤截面的非对称性。偏振模色散是比较复杂的概念，我是学物理的，所以选了这样的题目，偏振模色散有一个主态概念，光纤里双折射是随机的，而且两端的折射率都是不同的。1986年C.D.Poole86年提出了主态概念，有输入主态和输出主态。我们看到有下角是主态的实验，这是第一次验证。
我们说偏振模色散是随机性的，横轴是波长，纵轴是DGD，我们可以看多上面这行是19K秒占50%，33K秒占10%，50K秒占了0.12%。对于光纤有一个参量，传输距离是跟平均的DGD平方成正比的，那么说近几年，这些厂家已经利用各种技术，扭转光纤拉直技术，制造了很低的PMD系数。比如说PMD系数都做到了0.036K秒。这是1985年到2001年德国电信铺设的9770条电缆的PMD系数，最高峰的地方大约差不多是0.04左右。
偏振模色散解决方案有两种，一种是缓解技术，一种是补偿技术，缓解技术我们制造的光纤本身来讲就是利用了低的偏振模色散系统，老的光纤系统就不能再利用，相对高一点。电信来讲的话，现在都是用新的码型传输，对偏振模色散都有高的容错能力。前向纠错也是提高偏振模色散的铜线。可以补偿的方法是电域均衡和光域均衡。这是一些新型调制格式提高PMD容限，还有就是前向纠错，这个是前向纠错技术的一个框图。下面在07年日本Y.Konishi的看到他的FEC均衡技术再加上DPSK，最后的结果的非常好。D-FPS是分布式快速扰偏器，都放到了那个放大镜的位置，可以看到左边那个蓝色的图，那个虚线是FEC处理的，在FEC真结构力，错误都集中在某一处的话纠错能力就低。用这种快速的扰偏器的话，他们可以从时间上分散。
另外电子均衡技术，HF函数的话，电结构做一个逆函数，这样进行的补偿。前向均衡新有两种，一种是FFE，一种是DFE。它们两种结合在一起效果更好。这是一个实验结果，是德国人做到，这是没有均衡器的时候是那样一条曲线。随着偏振模色散的变化上升非常快，可以看到FFE+DFE的方式是最好的。我再讲一下光域的自适应均衡技术，现在做40G到100G的偏振模色散，现在能用的技术只有光域的，分成快轴和慢轴，经过偏振模色散光纤就分离了，产生了DGD，主要单位包括四个，一个是空气，还有一个DGD，氢食盐，后面是一个反馈信号，下面是控制单元。这些器件是GP公司提供的，实验室有很多。
我们看一下OPMDC产品历史，大概2000年左右作康宁公司推出了10Gb/s的PMDC，2000年初Yafo公司先后推出了Yofo10（10Gb/S），Yafo10（40Gb/s）的PMDC。2001年OFC大会Yafo40的展出引起了很大的反响。2002年到2006年由于科技泡沫破裂，没有公司推出OPMDC产品。下面的是冲电气OPMDC原理图，经过光纤进入以后形成了偏振模色散，通过偏振控制以后，快轴和慢轴对在一起就在三个位置上补偿完成了。我们可以把它作为一个反馈信号，这边的话有一个中间凹陷，我们可以用这种算法去寻求中间凹陷的几小时去进行偏振模色散。但是实际上试验线的话时间很长，它的精度很高，可以达到微妙量级，但速度是跟不上的，我们说到偏振模色散一定要达到毫秒。反正都是由一个PC和一个DGD形成一个单元，下面两阶段补偿器可以补偿二级的偏振模色散的。中间这个是一阶段补偿器的结果，明显看出来，两阶段的补偿器比一阶段补偿器的效果好的多。
北京邮电大学在偏振模色散领域做了一些研究，我们从2000年开始关注偏振模色散的研究，2002年到03年完成了国家赞助资金的一个项目，到了04年初完成了国家863重点项目，张主任还是我们项目的验收专家，这个项目叫光纤偏振模色散自适应补偿技术。当时搜索相应时间是<100毫米，跟踪恢复响应约11ms。我们获得了科学技术三等奖，这是获奖证书，我们还没有成为产业收益，当时一等奖我记得很清楚，是联通的双模卡，因为它收益是上亿的，所以获得了一等奖，我们这个只获得了三等奖，我们还是不错的。
我们在国内首次完成了40G的OTMD系统的POD自适应补偿实验，而且是首家国外报道PMD自适应补偿实验的单位，在国外正式杂志报道偏振模色散补偿实验好象只有我们一家，也可能我了解不够。我们比较有创新性的是引用了一个算法，叫做ParticleSwarmOptimization，国际同行关注了我们的实验，这是日本OKI公司于2008年在日本电信东京度大阪做160GCSRZ传输现场实验，制作的偏振模色散补偿器中，这种实验他有一个算法就是PSO算法。这是我们申请的专利，这里有一个录像，40GOTDM系统PMD补偿录像，项目刚开始的时候是80毫秒，结束的时候90毫秒。最近还有一个偏振保持稳定器的研究，这个研究背景是什么？光纤中由于温度的变化，早晚温差，附近有火车还有施工引起的振动，而架空光缆受大风的扰动，所以光信号的偏振态随时间随机性的变化，可以达到十Rad/s直到数千rad/s。
这种SOPD随即变化对于符多级状态的新型调制格式的相干解调造成影响。偏振稳定器的应用举例的话，就是相干检测。假如说我来的信号里面偏振态是相对变化的，这里加一个偏振稳定器的话，以加强稳定性。这是QPSK加偏分复用加相干检测。这是我们今年OFC发表的论文，达到了12.6K/m，这是工作原理示意图，我们把这个偏振态随机的动起来，经过算盘控制住，把它调整起来。Scrambler是模拟偏振态的改变随机变化，Polarimeter是检测光的偏振状态。邦加球方便地表现了偏振状态，这是他们的一个原理我就不再仔细说了，构建一个函数调整电压让它保持一个最大值。这是一个进程。稳定器SOP响应速度的测量，通过记录稳定SOP的标准偏差，随着不同的相位变化幅度与不同频率来评价稳定器的响应速度。SOP稳定器达到了12.6krad/s的稳定响应速度。这是偏振稳定器的实验表现。
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