通信与网络中的40 Gb/s光纤通信系统中一阶PMD对信号频谱的影响

1 引 言 　　随着色度色散的有效补偿，偏振模色散(PMD)引起的脉冲展宽以及误码率下降已经成为高速光纤通信系统发展的制约因素。由于PMD随机变化的特性[1]，PMD补偿必然是一个实时跟踪其变化的动态补偿系统，这就需要准确反映PMD变化的反馈信号。PMD反馈信号主要包括偏振度(DOP)[2，3]和电功率2种。PMD导致2个偏振主态上的脉冲走离，引起光信号DOP的下降，因此可以用DOP信息检测PMD的变化。但DOP作反馈受到脉冲形状信号码型、ASE噪声、调制啁啾和偏振相关损耗[4]等多种因素的影响，对于不同类型的线路DOP和PMD变化的趋势也不尽相同，使得补偿系统的适用性大大下降。而随着高频电 在高速光纤通信系统中，尤其是40 Gb/s这样的高速率系统，偏振模色散（PMD）已经成为一个关键的限制因素。PMD会导致光脉冲在光纤中传播时发生展宽，进而影响信号质量和误码率。PMD是由于光纤内部结构的随机性造成的，它的变化无法预测，因此需要一个动态补偿系统来实时追踪和抵消其影响。这个补偿系统依赖于能够反映PMD变化的反馈信号，通常包括偏振度（DOP）和电功率两种。 然而，使用DOP作为反馈信号存在诸多问题。DOP会因为脉冲形状、信号码型、自发辐射噪声（ASE）、调制啁啾以及偏振相关损耗等因素而受到影响，这使得DOP的变化趋势在不同类型的光纤线路中可能不同，从而降低了补偿系统的适应性和效率。因此，人们开始关注利用电功率反馈作为替代方法。PMD导致的光脉冲展宽在光电转换后会表现为电频谱的缩窄，影响特定频率分量的电功率。电功率反馈的优势在于，尽管脉冲形状和信号码型会影响整体信号幅度，但不会改变反馈信号对一阶PMD变化的响应趋势。 理论分析表明，接收信号的频谱分布受到多种因素影响，包括脉冲形状、码型、DGD等。对于40 Gb/s的RZ码高斯脉冲，其功率谱密度取决于脉冲波形、PIN二极管响应度以及DGD。随着接收频率的增加，功率谱的总体幅度会减小，而选择的接收频率越高，电功率谱的幅值就越小。同时，功率谱密度的变化趋势由γ（分光比）、Δτ（差分群延时）和ωe（选定的监测频率）共同决定。 具体来说，当监测频率固定时，γ值的变化会影响功率谱密度的斜率。γ=0.5时斜率最大，表明PMD效应最显著。γ接近0或1时，功率谱密度的变化趋于平坦，表示PMD效应较弱。此外，接收频率的选择也至关重要。过高的接收频率虽然能提高灵敏度，但可能导致非单调变化，而较低的频率可能降低灵敏度。理想的接收频率大约在20 GHz，但可根据实际系统调整在10到20 GHz之间。 DGD作为PMD的关键参数，其变化直接影响接收信号的电功率谱。通过调整DGD，可以观察到电功率谱密度的响应，这有助于理解和优化PMD补偿策略，以提升高速光纤通信系统的性能。理解和控制PMD对信号频谱的影响是实现高效、稳定40 Gb/s光纤通信系统的关键。