光纤偏振模色散测量算法研究及设备研制

发布时间：2020-06-05 14:05

【摘要】：光纤通信是利用光波为载波,以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。目前,光纤通信因为具有超高速、低误码、高可靠、价格低廉等优点,已成为信息最主要的传输方式和社会中重要的基础设施。其中,光纤作为光纤通信系统中最重要的部分,对整个通信系统的性能起到了决定性的作用。迄今为止,光纤偏振模色散的形成、矢量表示、主态模型、测量方法等理论方面的研究已基本完善;但是光纤偏振模色散测量方法在实际场景中的应用一直存在许多尚未解决的问题。现有的商用偏振模色散测量仪都存在体积较大、造价昂贵、对测量环境要求高等缺点,无法完美地适应当前的市场需求。本文对偏振模色散产生原理、经典偏振模色散测方法以及常用的信号处理手段进行了深入的研究,重点分析了使用去噪算法提升偏振模色散测量精度的理论和方法。主要完成了以下具有创新性的研究成果:1.针对使用固定分析仪法测量光纤偏振模色散容易到受噪声影响这一问题,提出了两种实验优化方案。i)提出了一种基于小波阈值去噪算法提升固定分析仪法测量光纤偏振模色散精度的实验方案(FA-WD)。文中介绍了小波阈值去噪算法的原理和不同类型小波基函数的特性,并对阈值函数、分解层数、基函数的选择总结出了一定的规则。搭建实验平台,将FA-WD与其他测量方法进行对比实验。实验结果显示,FA-WD在单模光纤中测量结果的最大误差为2.27%,低于固定分析仪法所得到的最大误差。此外,FA-WD测量单模光纤的标准差为0.02,优于固定分析仪法测量结果0.41的标准差,证明提出的FA-WD测量方案在结果的准确率和稳定性等方面都有较大的提升。ii)提出了一种使用傅里叶分析法提升固定分析仪法测量光纤偏振模色散的实验方案(FA-FFT)。FA-FFT使用光谱信号自身概率分布特性,利用傅里叶变换对信号进行去噪及重构,有效的缓解了噪声对测量结果的影响。通过搭建实验平台,对不同类型、不同长度的光纤进行测试,单模光纤的测试最大误差为2.66%。测量结果说明FA-FFT可以在有限的计算资源下快速、准确、稳定地获得光纤偏振模色散的测量值。2.针对市场上现有光纤偏振模色散测量仪所存在的问题,本文提出了一种成本低、体积小、测量精度高的偏振模色散测量样机研制方案。该方案借助上文中所提出FA-FFT测量方法具有的计算量小、实验流程简单、实验器材模块化程度高等特点,将FA-FFT方案进行工程化。测试结果证明,所研制的实验样机与常用偏振模色散测量仪相比,可以在精度、准确度、测量速度等指标基本一致的情况下,将制造成本缩减为原来的30%。综上所述,本文所提出来FA-WD和FA-FFT两种光纤偏振模色散测量方案有效的克服了使用固定分析仪法测量光纤偏振模色散时噪声所引入的误差,提升了测量的精度,为之后偏振模色散测量方法的研究提供了新的思路。本文所研制的光纤偏振模色散测量样机填补了国内相关领域的空白,为相关仪器的进一步研发提供了基础。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN253;TN929.11

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