40Gb/s差分偏振编码光纤通信技术基础研究

现有编码格式的通信系统向40Gb/s的发展出现了一系列问题：非线性效应引起的信号损伤显著加剧、偏振模色散的功率代价成倍增长、信噪比严重恶化，误码率急剧上升，寻找新的编码格式是当前光纤通信领域的迫切任务。偏振编码是一种全新的编码格式，它具有天然的功率均衡性、偏振特性好、谱效率高、功率代价小等优势，已成为国际研究热点。最近，我们首次成功进行了2.5Gb/s、12.5 Gb/s的偏振编码通信实验，研究成果达到国际领先水平。本项目进一步开展40Gb/s差分偏振编码通信技术的研究：其一，探索半导体光放大器独特偏振现象的微观机理，建立量子模型，精确操控其超快偏振旋转效应，并结合自制全光逻辑门，获得适用于40Gb/s差分偏振编码技术；其二，研究高速偏振编码信号的传输与解码技术，构筑基于环路控制的长距离光纤系统，实现40Gb/s单波长与多波长（WDM）偏振编码数据的远程传输，推动高速光纤通信的快速发展。

调制/编码格式问题是目前高速光通信的一个研究热点，偏振编码具有功率均衡性、谱效率高、功率代价小等显著优势，是解决高速光通信编码格式问题的重要途径之一。本项目开展40Gb/s差分偏振编码通信技术基础研究，在高速差分偏振编码、传输、解码等诸多方面取得重要进展，达到了项目预期目标，目前已获得的创新成果主要有：. （1）获得精密测量偏振矢量参数的微分旋转法（实测误差仅为2.5%），与精确操控偏振效应的偏振主态法（误差<2º）；建立量子阱半导体光放大器（SOA）的量子模型，揭示出超快偏振旋转效应的微观机理，并得到了实验验证。. （2）提出一种基于SOA泵浦光控正交偏振旋转的偏振调制/编码方法，成功进行了40Gb/s偏振调制/编码实验，获得了功率均衡（波动<7.5%）的偏振编码光信号。. （3）提出一种基于偏振差分的全光纤光微分方法，成功应用全光微分级联技术将10GHz的光信号升级到40GHz，获得了高速光信号源；利用基于SOA的Sagnac干涉仪结构成功进行40G全光异或逻辑运算。. （4）构建基于环路控制的长距离光纤传输系统，并成功进行了40Gb/s偏振编码光信号传输实验，研究发现主态调节法能有效降低误码率，而正交性损失则会导致误码率增大。. （5）获得一种干涉型差分正交偏振解码方法和脉冲干涉稳定技术，解决了偏振编码通信接收终端的关键问题；应用OptiSystem成功获得了40G超长距离、多波长（WDM）差分偏振编码通信的传输误码率曲线。. （6）研制成功一种适用于高速量子阱SOA的驱动与控制器，主要性能达到或优于现有商用产品；开发出一种基于非对称LiNiO3电光相位调制器的偏振调制/编码器，可供实际应用。. 本项目的完成为偏振编码通信的实用化铺平了道路，对高速光通信的发展将起到一定的促进作用，此外，本项目研究成果还可用于偏振复用、量子光通信等。