光偏振编码通信是拓展光纤信道带宽的一种技术,也可应用于全光信号处理,其码元具有信息可扩展性强、信道利用率高、保密性好等特点。在努力挖掘带宽资源、追求光纤更大利用效率的当代,光偏振编码通信技术研究已成为维度复用和码元编码的主要研究方向。本学位论文在国家自然基金项目的资助下,针对光偏振编码通信系统发射、传输和接收各部分中的一些关键问题开展深入的研究工作,以正交偏振调制为基础提出一种双极性光学编码新方案,和双极性序列的乘法器,采用穆勒四元数对光纤器件进行描述,讨论了在PMF极端情况及SMF情况下,环境应力对通信系统输出偏振态的影响,提出一种差分的任意偏振态接收器结构,提高了偏振态的接收性能,从实验上验证了所提出的新型PolSKOCDM系统。本学位论文的主要工作有:1、分析偏振调制编码机制并对理论结论进行实验验证。采用Stokes矢量描述分析偏振态调制的关键参数,以幅度调制和相位调制来实现任意线偏振态和任意椭圆偏振态的调制。详细分析偏振主态的实验调整方法,完成电控SOA、光控SOA和电控LiNb03相位调制器的偏振调制实验,实现三种方式偏振态调制。2、分析外界环境和光纤介质对传输光信号偏振态的影响。引入四元数描述双折射光纤,分析固有内应力双折射和附加外应力双折射对光纤拍长和双折射轴的影响,对应力大小变化和应力方向变化对光纤输出偏振态的影响进行计算。利用固有双折射很大的PMF对局部应力大小和方向对偏振态输出的影响进行实验验证,并由PMF理论和实验结果推论到SMF的适用应力范围。分析结论对于稳定偏振态输出的伺服矫正系统设计很有应用价值。3、完成以垂直正交偏振态为双极性码的偏振态编解码实验。正交偏振态的接收系统用单路偏振分束器解调出正交的两路光信号。任意偏振态接收系统,用一路分四路的方法,通过偏振控制器的调节,得到四个对应Stokes矢量的光强值,即可解算出任意偏振态。以任意偏振态接收系统为基础,提出了差分的偏振态接收系统。4、将正交的线偏振态和偏振传输矩阵抽象为乘法运算中的输入变量,由输入输出偏振态导出双极性码对应的米勒矩阵,并通过电流控制的SOA偏振旋转效应,实现了以垂直正交偏振态描述的双极性码乘法。5、实现了基于偏振编码的码分多址实验系统。在光信号处理上实现双极性乘法器的基础上,将正交的偏振态编码为双极性用户码,实现了光码分多址系统的编码器。以同样的双极性乘法器结构实现了光学相关器,以低通滤波器代替积分器,最终恢复出原始数据的波形,实现了码分多址系统的解码器。最终,实现了基于偏振编码的码分多址实验系统。所取得的创新成果主要有:1、提出一种对于双极性全光信号处理的新方式。以垂直正交偏振态对应为双极性码中的"+1"和"-1",提出了基于正交偏振态的光信号处理领域双极性编码方式。将正交的线偏振态和偏振传输矩阵抽象为乘法运算中的输入变量,由输入输出偏振态导出双极性码对应的米勒矩阵M(+1)、M(-1)。并通过电流控制的SOA偏振旋转效应,实现了以垂直正交偏振态描述的双极性码乘法。2、将正交偏振键控调制机制引入非相干时域OCDM编解码系统,提出一种新型OCDM编解码系统,拓展了 OCDM编解码机制。3、以正交偏振调制的双极性乘法器为基础,实现了两个双极性序列的乘法运算,实现了偏振键控光码分复用的编解码器。在解码器部分,不仅解决了本地地址码和到达信号同步的问题,同时用低通滤波器替代积分器,实现了原始用户数据调制波形的恢复。4、引入四元数,同时考虑光纤沿线的内应力双折射和外应力双折射,简化了环境影响分析。得出光纤受力大小及方向对于传输信号偏振态的影响,对于稳定偏振态输出的伺服矫正系统设计有很大帮助。5、提出一种基于差分的偏振态接收器结构,可极大降低非对称分布偏振态调制和解调受环境的影响作用。