24、光通信中的偏振调制技术详解

光通信中的偏振调制技术详解

1. 偏振调制技术概述

偏振调制技术（PoLSK）利用全偏振光束的偏振态（SOP）作为信息承载参数，充分利用单模光纤和自由空间传播中的两个正交通道。在自由空间光通信中，一种变体PoLSK技术，即两个正交输入信号在传播过程中保持其SOP，得到了应用。与强度调制/直接检测（IM/DD）系统相比，二进制偏振调制直接检测（DD）系统的峰值光功率可降低2 - 3 dB。不过，相干光束在通过信道传播时可能会发生一定程度的偏振变化。在中频（IF）滤波器带宽足够大以避免相位到幅度噪声转换的情况下，PoLSK方案对接收端（Rx）的激光相位噪声不敏感。

2. 二进制PoLSK

• 发射机（Tx）
  • 结构 ：PolSK Tx的信息通过在两个线性正交SOP之间切换发射光的偏振来传输。其调制器基于铌酸锂（LiNbO₃）马赫 - 曾德尔干涉仪（MZI）调制器，工作波长为1550 nm。该MZI由两部分组成：分束器和基于波导的波长相关相移器。
  • 数学模型 ：
    • 长度为d的分束器的传播矩阵为：
      [M_{coupler} =
      \begin{bmatrix}
      \cos kd & -\sin kd \
      \sin kd & \cos kd
      \end{bmatrix}
      ]
    • 两臂输出信号的相位差为：
      [\Delta\phi = \frac{2\pi}{\lamb