近年来随着云计算和大数据等业务的大规模发展,人们对信息传输速率和带宽的需求日益增加。目前,光纤通信作为一种高速率、大容量且相对稳定的信息传输方式,成为了解决这一需求的必由之路。偏振复用技术(Polarization Division Multiplexing, PDM)通过利用光波的偏振特性,在同一信道中传输两路同波长偏振态相互垂直的信号,能直接提高两倍的频谱利用率。目前,PDM技术已经非常成熟地应用到长距离光纤通信系统中。而在短距离光纤传输系统中,相较于结构复杂、成本较高且计算量大的相干探测解复用技术,直接探测解复用技术成本低廉且复杂度低,更加适合作为该系统的检测手段。同时,相对于Jones矩阵,Stokes空间由于采用了独特的三维空间表示方法,可以更加直观和具体地表示信号偏振态(State of Polarization, SOP)及其在传输中的变化过程,因此将其与电域的数字信号处理技术(Digital Signal Processor, DSP)相结合,可以灵活地实现信号的偏振解复用与链路损伤补偿。本论文以PDM的技术原理为依据,主要针对直接探测短距离光纤传输系统,采用软件仿真和实验验证的方法,研究和验证了Stokes矢量分析算法的可行性。首先,本论文从PDM的基本理论分析出发,介绍了偏振光的定义、分类、描述方式以及几种常用的偏振器件和PDM的实现方法,简要分析了传输过程中色散(Chromatic Dispersion, CD)、随机双折射(Randomly Varying Birefringence)、偏振模色散(Polarization Mode Dispersion, PMD)和偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss,PDL)等对PDM系统性能的影响。并分别针对相干探测和直接探测简要介绍了偏振解复用的常用办法,同时针对强度调制直接探测(Intensity Modulation-Direct Detection, IM/DD)系统提出了一种简化的斯托克斯矢量算法,简化了偏振解复用的结构,降低了算法复杂度以及系统的成本。其次,利用VPItransmissionMakerTM光通信仿真平台,搭建了PDM-IM/DD系统的仿真模型。验证了Stokes空间与简化Stokes矢量分析算法的可行性,并得出了两种算法的偏振解复用效果基本相同的结论。同时,分析了色散、偏振模色散(PMD)以及偏振相关损耗(PDL)对PDM-IM/DD系统传输性能的影响。仿真结果表明在PDM-IM/DD短距离传输系统中PMD和PDL对系统传输性能的影响可以忽略不计。最后,搭建了20-Gbit/s的单偏振态OOK信号传输系统与2×10-Gbit/s的PDM-IM/DD传输实验系统。在不同的传输距离(背靠背、10-km、25-km)下,两种系统的传输性能进行了对比分析,验证了简化Stokes算法在PDM-IM/DD系统中的实际可行性。实验结果表明,误码率相同(10-4)的情况下,对于不同的传输距离(背靠背、10-km、25-km)PDM系统与单偏振态系统相比功率损失代价仅分别为0.3-dB、0.2-dB、0.2-dB,且PDM系统在误码率相同(10-4)的情况下,对比本身背靠背的情况,传输10-km与25-km之后功率损失代价仅分别为1-dB和1.7-dB。