相干检测数字偏振解复用原理
由于光载波具有两个正交的偏振态 ,每个偏振态都可以独立地调制信号 。对 x 和 y 偏振方向光分别调制信号后, 得到 x 和 y 方向的电场 E x 和 E y , 用琼斯矢量表示信号光为[ E x Ey] 。偏振复用的信号光在光纤中传播时, 由于光纤双折射和偏振相关损耗的影响 ,光的偏振态会发生变化 。光纤对偏振态的影响用琼斯矩阵
为了对偏振复用信号进行解复用, 传统的方法是在光学上实现的 ,即在接收端加入一个偏振分束器(PBS)将 x 和 y 偏振方向的光分离 。由于信号光Ex 和 E y 发生能量耦合,需要在 PBS 前面增加一个偏振控制器 ,用以消除这种能量耦合。在实际的光纤系统中 ,光纤的琼斯矩阵是在快速变化的, 因此需要一个快速的算法来控制偏振控制器实现偏振跟踪 ,然而 ,实现起来较为困难[ 5] , 尤其是在波分复用(WDM)系统中 , 需要对每个波长单独进行偏振跟踪 ,更为复杂 。
在数字相干接收机中, 采取偏振分集的方式 ,可以同时得到 x 和 y 方向的复光场信息 E′x和 E′y : 
。相比于光学偏振解复用 , 数字偏振解复用采取自适应数字信号处理算法实现偏振跟踪, 具有速度快 、简单灵活的特点,极大地简化了接收机的结构。
偏振复用信号的相干检测系统
实验系统如图 1 所示 ,对直流光进行 DPSK 调制 ,调制数据为(2 11 -1)bit 长度的伪随机比特序列(PRBS)序列 。将信号光分为两路 ,其中一路经过约30 m 的光纤延时线 ,实现两路调制信号的解相关,即认为两路光分别调制了独立的信号, 之后使用光纤偏振合束器(PBC), 将两束正交的光合起来形成偏振复用信号光, 并在 PBC 输入端口加入偏振控制器以保证偏振态的正交性。经过 280 km(100/100/80 km 共 3 段)的单模光纤传输 ,每段光纤后加入一个掺铒光纤放大器(EDFA)补偿光纤损耗, 链路没有加入色散补偿光纤。在接收端, 信号光经过一个PBS , x , y 偏振方向的光分别与本振光进行 90°混频 。在 PBS 前面不需要增加偏振控制器来控制入射光的偏振态,而是采用数字信号处理算法进行偏振解复用。模数转换器(ADC)采样得到 I x , Qx , Iy和 Q y 4 个分量后, 构造出信号光两个偏振态方向的复光场为 E′x = I x +jQx , E′ y = I y +jQy 。
偏振分集的相干接收机包含 1 个 PBS , 2 个 90°混频器, 4 个平衡探测器。在利用光纤器件制作 90°光学混频器的基础上 , 通过改进实现了偏振分集的相干接收机 。在该接收机中 , 光输入端增加一个PBS 将输入光的 x 和 y 偏振方向的光分离 , 之后,
通过如图 2 所示的两个独立的 90°混频器进行零差混频。同单偏振的 90°混频器一样, 实验前需要事先调整偏振控制器 PC1 ～ PC4 实现 90°的光学相移,采用单端接收得到的 4 个分量为