单模光纤中偏振效应——双折射、偏振相关损耗和偏振模色散.doc

单模光纤中的偏振效应——双折射、偏振相关损耗和偏振模色散北京交通大学博士学位论文单模光纤中的偏振效应——双折射、偏振相关损耗和偏振模色散姓名:董晖申请学位级别:博士专业:通信与信息系统指导教师:吴重庆20040901兰塞茎堡查兰堡圭,::壅蚤:~。。。,(((:。一。,,,,((耋茎摘要在自由空间或者大尺寸的光介质中,光是横渡,光波电场矢量的振动方向可以导致很多有趣的物理现象,称之为偏振效应。在单模光纤内传播的光,基于弱导近似,也可以看作横波,所以可以仿照自由空间的情况研究单模光纤内的偏振效应。在线性光学范围内,单模光纤中光的基本偏振效应包括双折射和偏振相关损耗。这两种偏振效应由光纤的各种光学、热学和力学参数决定。由于这些光纤参数受到环境因素的随机影响,所以这两种偏振效应也表现出随机性。单模光纤中的这两种基本偏振效应对光纤通信系统性能的影响被归结为偏振模色散。由于通信用光纤的双折射和偏振相关损耗都比较小,偏振模色散只有对高速光纤系统(,,,,,,以上)才产生明显的影响。随着光纤中单信道?俾实牟欢咸岣撸衲,?蝗衔撬鹕讼低承阅艿闹饕蛩刂弧,光纤内偏振模色散问题的研究已经持续了近,,年,对光纤内双折射的性质、来源、测量和分布式测量、偏振模色散的模型以及数学描述、偏振模色散的测量和分布式测量、存在偏振相关损耗时偏振模色散模型和测量、偏振模色散的统计特性、偏振模色散对光脉冲形状和系统特性的影响、如何减小光纤的偏振模色散、偏振模色散仿真器、偏振模色散的在线监测、偏振模色散补偿、光纤中非线性效应与偏振模色散的相互作用、偏振模色散的应用等等方面都进行了深入的研究,发表了大量的研究成果。可以说这是一个相当成熟的研究领域。在这样一个领域中,作为后来者,我的主要工作是在前人工作的基础上,对现有理论模型中不完善的地方进行补充和推广,使之适用于更一般的情况:在理论研究的基础上,提出并实现改进的偏振模色散测量方法以及实现改进的双折射和偏振模色散分布式测量方法。本文的工作和创新点主要包括下述几个方面:,(基于正规光波导在任意坐标系下的一般解,提出了计算任意折射率分布截面双折射大小以及偏振轴方向的方法,并对实际的光纤进行了计算。,(通过研究发现,表征光纤双折射和偏振相关损耗的密勒矩阵具有特殊的异常正交性质,正是这种性质决定了可以定义豫个偏振矢量来完备地描述某个偏振过程。并且可以将目前在琼斯空间的研究工作转换到斯托克斯空间进行。,利用不动点理论给出了单模光纤中针对某一物理过程的偏振主态存在的一般性证明;此结果表明关于双折射与偏振相关损耗、偏振模色散的研究可以在统一的理论模型下进行。,利用微分几何理论描述由于某一物理过程的存在引起的偏振态的演化,从而给出这一物理过程的几何描述和几何性质。在此基础上,提出了适用于任何偏振矢量测量的微分几何参数方法。,塑,兰(。,,。。。。,:兰茎耋奎,::圭耋鲁耋兰,(分析了偏振光时域反射计测量光纤内双折射分布的原理,利用前面的理论模型:,)给出利用单输入偏振态测量光纤内线双折射和双折射轴角度增量分布的方法,并进行实验;,)给出了测量光纤内扭绞导致的圆双折射分布的方法:,)在斯托克斯空间,给出了有偏振相关损耗时(光纤内线双折射和线偏振相关损耗分布的测量原理。,在没有偏振相关损耗时,分析了现有的主要偏振模色散矢量测量方法,利用微分几何理论给出了利用单输入偏