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Titelaufnahme

Titel
Fast endless polarization control for optical communication systems / Ariya Hidayat
AutorHidayat, Ariya In der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen
Erschienen2009
HochschulschriftPaderborn, Univ., Diss., 2009
DokumenttypDissertation
URNurn:nbn:de:hbz:466-20090901058 Persistent Identifier (URN)
Dateien
Fast endless polarization control for optical communication systems [2.31 mb]
zusammenfassung [33.32 kb]
abstract [32.96 kb]
Links
Nachweis
Klassifikation

Deutsch

Automatische, endlose Polarisationsregelung ist ein wichtiger Bestandteil in Empfängern mit optischem Polarisationsdemultiplex, PMD-Kompensatoren (Polarisationsmodendispersion), kohärenten optischen Empfängern, faseroptischen Sensoren und Schaltern, sowie in anderen optisch interferometrischen Lösungen. Schnelle Polarisationsänderungen in der Übertragungsfaser müssen ohne Unterbrechungen nachverfolgt werden, um eine nahezu perfekte Übereinstimmung der Polarisationen zu erreichen. Typischerweise werden zur Polarisationsregelung elektrooptische Polarisationstransformatoren verwendet, um kurze Reaktionszeiten zu erreichen.

In dieser Arbeit wurde eine Methode zur Charakterisierung kommerzieller, mehrstufiger Polarisationstransformatoren auf Basis einer Quaternion-Analyse der optischen Retarder entwickelt. Die Polarisationtransformation der Retarder kann mithilfe einer Quaternion-Optimierung aus den gemessenen Polarisationsdaten gewonnen werden. Mit den Ergebnissen dieser Kalibrierung lassen sich die elektrooptischen Polarisationstransformatoren mit hoher Genauigkeit als lineare Retarder oder Wellenplatten betrieben, wobei die nichtidealen Charakteristiken der Retarder schon berücksichtigt werden.

Die elektrooptischen Retarder wurden in einem Polarisationregelsystem verwendet. Die Hardware dieses Systems wurde aus günstigen, kommerziellen Standardkomponenten entwickelt. Die Eigenschaften und Leistungsmerkmale zweier Polarisationsregelalgorithmen wurden ausführlich untersucht. Eine sehr schnelle Implementierung eines Regelalgorithmus für lineare Retarder wurde auf einem FPGA (field programmable gate array) realisiert und in einem Experiment überprüft. Die Daten aus der Retarderkalibrierung wurden für den schnellen Zugriff in Look-Up-Tabellen abgespeichert. Die Implementierung des Regelalgorithmus wurde optimiert und eine Ausführungszeit von nur 2 µs erreicht. Experimentell wurde herausgefunden, dass der Regler Polarisationsänderungen, die durch rotierende Wellenplatten verursacht wurden, bis zu einer Geschwindigkeit von 15000 rad/s mit einer maximalen Polarisationsabweichung von nur 0,14 Radiant, entsprechend eines geringen Intensitätsverlustes von 0,02 dB, nachverfolgen konnte. Echte endlose Regelung wurde durch ein Langzeitexperiment bestätigt. Damit erreicht dieser Polarisationsregler die Anforderungen von Polarisationsdemultiplex und PMD-Kompensation.

English

Automatic endless polarization controllers are important components for polarization division multiplex receivers, PMD (polarization-mode dispersion) compensators, coherent optical receivers, optical fiber sensors and switches, as well as other optical interferometric solutions. High-speed polarization changes in the transmission fibers must be tracked, without any interruption, in order to realize a near-perfect polarization matching. Thus, fast polarization controllers typically use electro-optic polarization transformers which currently offer the fastest response time.

In this work, a method to characterize commercial multistage polarization transformers has been investigated. It has been developed based on a quaternion analysis of the optical retarders. The polarization transformation of the retarder can be inferred accurately using a quaternion-based optimization on series of polarimetric measurement data. Based on the calibration result, the electro-optic polarization transformers can be calibrated and operated as linear retarders or fractional waveplates with a high degree of accuracy, already taking into account any of retarder's non-ideal characteristics.

The electro-optic retarders have been used in a polarization control system. The hardware for the system has been developed using affordable commercial off-the-shelf components. The characteristics and the performance of two polarization control algorithms have been extensively studied. An ultra-fast implementation of the linear retarder algorithm, running on an FPGA (field programmable gate array), has been realized and tested in a polarization tracking experiment. The retarder calibration data are stored as look-up tables for very fast access. The implementation of the control algorithm has been optimized, reaching a control iteration cycle of just 2 µs. In the tracking experiments, it was found that the controller was able to track up to 15000 rad/s polarization changes caused by rotating waveplates with the maximum polarization mismatch of only 0.14 rad, corresponding to a negligible intensity fluctuation of 0.02 dB. Truly endless operation was confirmed in a long term experiment. This polarization controller is thus suitable for polarization demultiplexing and PMD compensation.