專利名稱：偏振模色散仿真器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏振模色散(下文稱作PMD)仿真器，具體地，本發(fā)明涉及一種易于復(fù)現(xiàn)出實(shí)際光纖傳輸線PMD現(xiàn)象的PMD仿真器。
背景技術(shù)：
PMD是由光纖雙折射引起的一種現(xiàn)象。具體地，這是一種當(dāng)具有受限脈沖寬度的光脈沖入射到具有雙折射的光纖時(shí)，在光脈沖的不同頻譜分量經(jīng)歷不同的雙折射后，穿過光纖傳輸系統(tǒng)的光脈沖被展寬的現(xiàn)象。
在光通信中，在色散和光損耗并不嚴(yán)重的前提下，PMD是一個(gè)可以忽略的物理量。然而，現(xiàn)在隨著色散位移光纖(DSF)和色散補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，在10Gbit/s或更高的高速光傳輸系統(tǒng)中PMD漸漸成為一個(gè)最容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的量。特別地，由于設(shè)置用于站間傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)光纜具有介于0.5至2ps/Km1/2這樣很大的PMD值，因此光傳輸系統(tǒng)的通信距離限于100Km或25KM(如果嚴(yán)重的話)。
為了克服由PMD產(chǎn)生的這些問題，就需要一種器件來模仿光纖系統(tǒng)的特性，以產(chǎn)生PMD。因而，已經(jīng)作出了大量的努力來設(shè)計(jì)一種PMD仿真器，以精確地復(fù)現(xiàn)出由光纖傳輸系統(tǒng)引起的PMD。這些PMD仿真器被廣泛地用于測(cè)試PMD補(bǔ)償器。
圖1示出依照現(xiàn)有技術(shù)一個(gè)例子的全光纖PMD仿真器的結(jié)構(gòu)。示出在圖1中的PMD仿真器100包括多個(gè)偏振保持光纖部分110和多個(gè)設(shè)在相鄰偏振保持光纖部分110之間的偏振控制器(PC)120。在此，每個(gè)偏振控制器120通常都具有至少兩個(gè)相位延遲器。因而，PMD仿真器就具有多個(gè)控制參數(shù)，從而很難精確地獲得PMD值。
圖2示出依照現(xiàn)有技術(shù)另一個(gè)例子的全光纖PMD仿真器的結(jié)構(gòu)。示出在圖2中的這種PMD仿真器200包括多個(gè)偏振保持光纖部分210和多個(gè)設(shè)在相鄰偏振保持光纖部分210之間的可擰扭連接器220。這些連接器220通過改變兩個(gè)相鄰偏振保持光纖部分210的雙折射軸來改變PMD值。然而，由于用在這種PMD仿真器中具有上述結(jié)構(gòu)的連接器220是用機(jī)械接觸的方法而不是熔融接合的方法將相鄰的偏振保持光纖部分210連接起來，因此在相鄰的偏振保持光纖部分210之間就必然會(huì)產(chǎn)生空隙。因而，光損耗通常很大，而且在排列時(shí)光損耗會(huì)被極大地改變。
圖3示出依照現(xiàn)有技術(shù)另一個(gè)例子的全光纖PMD仿真器的操作。示出在圖3中的這種PMD仿真器包括一股偏振保持光纖300，和用于沿箭頭方向不連續(xù)而又機(jī)械地?cái)Q扭偏振保持光纖300一些部分310a、310b和310c的部件(在圖3中未示出)。由于偏振保持光纖300的這些部分被不同地?cái)Q扭，因此就能夠通過控制穿過偏振保持光纖300進(jìn)行的光的偏振來產(chǎn)生PMD。然而，具有上述結(jié)構(gòu)的這種PMD仿真器很難進(jìn)行控制，而且很難精確地產(chǎn)生特定的PMD值。參看圖3，在偏振保持光纖300上繪出的斜線僅表示機(jī)械的擰扭，而不表示偏振保持光纖100表面結(jié)構(gòu)的變化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種PMD仿真器，包括具有相對(duì)小的控制參數(shù)且能精確地產(chǎn)生理想PMD值的部件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有很低光損耗的PMD仿真器。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種易于控制且易于產(chǎn)生特定PMD值的PMD仿真器。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種分布類似于麥克斯韋分布的PMD仿真器，其中麥克斯韋分布是理想光纖傳輸系統(tǒng)的PMD的分布。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種偏振模色散(PMD)仿真器。該P(yáng)MD仿真器包括至少兩個(gè)偏振保持(PM)光纖部分，每一個(gè)都具有預(yù)定的PMD值；機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置，用于將所述這些偏振保持光纖部分中兩個(gè)相鄰PM光纖的其中一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)旋轉(zhuǎn)，以將所述至少兩個(gè)PM光纖部分彼此正交的雙折射軸以相同的方向或以預(yù)定的角度排列；和接合在兩個(gè)相鄰PM光纖部分之間的單模光纖，具有非常小的PMD值，該值與所述偏振保持光纖部分的PMD值相比可以忽略。


圖1示出依照現(xiàn)有技術(shù)一個(gè)例子的全光纖PMD仿真器的結(jié)構(gòu)；圖2示出依照現(xiàn)有技術(shù)另一個(gè)例子的全光纖PMD仿真器的結(jié)構(gòu)；圖3示出依照現(xiàn)有技術(shù)又一個(gè)例子的全光纖PMD仿真器的結(jié)構(gòu)；圖4是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的全光纖PMD仿真器的示意圖；圖5示出在圖4的PMD仿真器中產(chǎn)生在單模光纖內(nèi)的圓雙折射；圖6A至6D是示出當(dāng)偏振保持光纖部分以一定角度與本發(fā)明的全光纖PMD仿真器排列時(shí)的PMD值的圖表。
具體實(shí)施例方式
以下，將參看附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖4是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的全光纖偏振模色散(PMD)仿真器的示意圖。參看圖4，在PMD仿真器400中，每一個(gè)都具有預(yù)定PMD值的至少兩個(gè)偏振保持光纖部分410熔融接合地與單模光纖420連接，單模光纖420設(shè)在偏振保持(PM)光纖部分410之間且長(zhǎng)度很短。該單模光纖420具有很小的PMD值，與偏振保持光纖部分410的PMD值相比，單模光纖420的PMD值可以忽略。另一方面，以熔融接合方式連接的一個(gè)部分設(shè)有步進(jìn)電機(jī)430，該步進(jìn)電機(jī)430將一個(gè)偏振保持光纖部分相對(duì)于鄰近的偏振保持光纖部分旋轉(zhuǎn)?？刂破?40向每個(gè)步進(jìn)電機(jī)430施加電信號(hào)，來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)430?？刂破?40具有一個(gè)PMD終值(final PMD value)，該值由正交的排列組合和與偏振保持光纖部分410的雙折射軸一致所產(chǎn)生，控制器440能夠?qū)⒈舜苏坏碾p折射軸以相同的方向或以預(yù)定的角度排列。
圖5示出在圖4中PMD仿真器的單模光纖內(nèi)產(chǎn)生的圓雙折射。
假定兩個(gè)偏振保持光纖部分410a和410b以快軸—快軸(慢軸—慢軸)的方式排列。為了以快軸—慢軸(慢軸—快軸)的方式將它們排列，應(yīng)當(dāng)旋轉(zhuǎn)后級(jí)的偏振保持光纖部分410b。當(dāng)單模光纖420被擰扭時(shí)，若未引起圓雙折射，則擰扭90度就足夠了。然而，因?yàn)檫@種圓雙折射，光的偏振軸會(huì)沿光纖擰扭的方向旋轉(zhuǎn)，從而光的偏振軸應(yīng)當(dāng)接著旋轉(zhuǎn)以使兩個(gè)偏振保持光纖部分410a和410b以快軸—慢軸(慢軸—快軸)的方式排列。因而，如圖5所示，偏振保持光纖部分410b的旋轉(zhuǎn)角應(yīng)當(dāng)是90+α度。α的量大約是旋轉(zhuǎn)角的8％。
由PMD仿真器產(chǎn)生的PMD值取決于偏振保持光纖部分的排列方向。例如，前級(jí)的偏振保持光纖部分固定，而后級(jí)的偏振保持光纖部分用安裝在單模光纖與后級(jí)的偏振保持光纖部分的接合部上的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。若如此，則偏振保持光纖部分之間雙折射軸的排列就能改變。如果分別具有T1和T2PMD值的兩個(gè)偏振保持光纖部分的雙折射軸以相同方向排列，即以前級(jí)偏振保持光纖部分的快(慢)軸與后級(jí)偏振保持光纖的快(慢)軸相匹配的方式排列，總的PMD值是|T1+T2|。另一方面，如果兩個(gè)偏振保持光纖部分的雙折射軸以正交方向排列，即以前級(jí)偏振保持光纖部分的快(慢)軸與后級(jí)偏振保持光纖的慢(快)軸相匹配的方式排列，則總的PMD值是|T1-T2|。如果將其概括為包括有N個(gè)偏振保持光纖部分的PMD仿真器的情形，則合成的PMD值是從與第一偏振保持光纖部分平行排列的偏振保持光纖部分的PMD值總和減去與第一偏振保持光纖部分正交排列的PMD值總和的值的絕對(duì)值。通過使用雙折射軸旋轉(zhuǎn)裝置改變偏振保持光纖部分的偏振方向，就能夠改變PMD的值。當(dāng)所有的偏振保持光纖部分以相同方向排列時(shí)，PMD的值是所有偏振保持光纖部分PMD值的總和，且該P(yáng)MD值是最大值。為了在這種結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生理想的PMD值，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)偏振保持光纖部分最適宜的排列方法，將偏振保持光纖部分的快(慢)軸與下一個(gè)偏振保持光纖部分的快軸或慢軸排列。這樣，由于在偏振保持光纖部分之間沒有太多的控制參數(shù)，且快軸和慢軸兩種情形下的排列發(fā)生了改變，因此控制起來非常簡(jiǎn)單。
另一方面，如圖5所示，在旋轉(zhuǎn)雙折射軸時(shí)，后級(jí)偏振保持光纖部分410b和單模光纖420的連接部相對(duì)于前級(jí)偏振保持光纖部分410a進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而后級(jí)偏振保持光纖部分410b的雙折射軸就相對(duì)于前級(jí)偏振保持光纖部分410a的雙折射軸旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，考慮到由擰扭單模光纖420引起的均勻圓雙折射，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。盡管后級(jí)偏振保持光纖410b相對(duì)于前級(jí)偏振保持光纖410a物理地旋轉(zhuǎn)90度，但后級(jí)偏振光纖部分410b由擰扭單模光纖420引起的圓雙折射旋轉(zhuǎn)的較小。在本實(shí)施例中，后級(jí)偏振保持光纖部分410b的偏振應(yīng)當(dāng)旋轉(zhuǎn)多于90度的8％，以改變雙折射軸。在此，單模光纖的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)很短，以使其PMD值可以忽略。
下面將描述設(shè)置偏振保持光纖部分的PMD值來構(gòu)成PMD仿真器的方法。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，構(gòu)成PMD仿真器的偏振保持光纖部分的PMD值被設(shè)定為是2N-1Tmin，其中N是整數(shù)，1≤N≤NMAX，NMAX是偏振保持光纖部分的全部個(gè)數(shù)，是等于或大于2的整數(shù)，Tmin是具有最小PMD值的偏振保持光纖部分的PMD值。在這種結(jié)構(gòu)中，總的PMD值可以從作為最小值的Tmin到作為最大值的偏振保持光纖部分的PMD值總和之間進(jìn)行每2Tmin地改變。例如，如果偏振保持光纖部分的最小PMD被確定將Tmin設(shè)定為0.25ps，且偏振保持光纖的數(shù)目是8，則就需要分別為0.25ps、0.5ps、1ps、2ps、4ps、8ps、16ps和32ps的8個(gè)偏振保持光纖部分。當(dāng)在使用它們時(shí)，所有PMD的值可以從作為最小值的0.25ps(32ps-16ps-8ps-4ps-2ps-1ps-0.5ps-0.25)到作為最大值的63.75ps(32ps+16ps+8ps+4ps+2ps+1ps+0.5ps+0.25ps)進(jìn)行每0.5ps地改變。在這種情況下，當(dāng)產(chǎn)生PMD時(shí)，在相鄰偏振保持光纖部分之間作為旋轉(zhuǎn)裝置的步進(jìn)電機(jī)被設(shè)置來匹配偏振保持光纖部分的快軸或慢軸。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于所需的PMD分離度(resolution)和最大PMD值可以通過控制Tmin和偏振保持光纖部分的數(shù)目來確定。如果偏振保持光纖部分以隨機(jī)的角度排列，即與雙折射軸沒有任何關(guān)系地排列，則合成的PMD值具有的分布不同于麥克斯韋分布。圖6A示出與麥克斯韋分布一起的這一結(jié)果。圖6A至6D的實(shí)線表示PMD分布。圖6A至6D的虛線表示麥克斯韋分布。
對(duì)PMD仿真器的期望功能是能夠?qū)崿F(xiàn)理想光傳輸線中的PMD現(xiàn)象。如果偏振保持光纖部分不是以快軸—快軸或者快軸—慢軸的方式特別地排列而是以隨機(jī)的角度排列，則就能夠獲得這種功能。作為這種情況的理想情形，已經(jīng)知道，借助于重復(fù)的角度排列，仿真的PMD值的分布應(yīng)當(dāng)遵從麥克斯韋分布。偏振保持光纖部分的PMD值或數(shù)目能夠被控制來獲得這種分布。
獲得麥克斯韋分布的最好方法是使偏振保持光纖部分的PMD值相同。在此情形下，如果偏振保持光纖部分被排列得從快(慢)軸改變到快軸或慢軸，則與2N-1Tmin結(jié)構(gòu)相比，這樣產(chǎn)生的PMD值的數(shù)目會(huì)非常小。此時(shí)，如果偏振保持光纖部分以隨機(jī)的角度排列，則能夠得到如圖6B所示、PMD值的麥克斯韋分布。參看圖6B，在由十二個(gè)具有10ps PMD值的偏振保持光纖部分構(gòu)成的PMD仿真器中，這些偏振保持光纖以隨機(jī)的角度排列，測(cè)定的PMD分布與麥克斯韋分布一起在圖中示出。從圖6B可以看出，測(cè)定的PMD分布遵從麥克斯韋分布。
相反，如果這些偏振保持光纖部分的PMD值被設(shè)為N2Tmin(其中N是整數(shù)，2≤N≤NMAX+1，NMAX是偏振保持光纖部分的全部個(gè)數(shù)，是等于或大于2的整數(shù)，Tmin是具有最小PMD值的偏振保持光纖部分的PMD值)，則當(dāng)偏振保持光纖部分排列時(shí)得到的PMD值并不具有如上所述在2N-1Tmin結(jié)構(gòu)中的恒定間隔。在圖6C的情形中，有具有PMD值為4ps、9 ps、16 ps、25 ps、36 ps和49 ps的偏振保持光纖部分(Tmin＝1ps，NMAX＝6)構(gòu)成的PMD仿真器以隨機(jī)的角度排列這些偏振保持光纖，測(cè)定的PMD分布與麥克斯韋分布一起示出在圖中。
在另一種方法中，如果這些偏振保持光纖用上述的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行組合，則PMD仿真器可以被構(gòu)建成第一組偏振保持光纖部分具有相同的PMD值，而第二組的偏振保持光纖部分具有2N-1Tmin。此處，第二組的2N-1Tmin的總PMD值是在第一組中一個(gè)偏振保持光纖部分其PMD值周圍的某個(gè)值。在這種情形中，可能的PMD值是作為最小值的Tmin，分離度是2Tmin。最大值可以通過增加具有相同PMD的偏振保持光纖部分的數(shù)目來控制。通過以隨機(jī)的角度排列這些偏振保持光纖部分來得到如圖6D所示PMD值的麥克斯韋分布。在圖6D的情形中，其中具有PMD值是10ps的的十個(gè)偏振保持光纖部分被定義為第一組、分別具有PMD值是0.5ps、1ps、2ps、4ps、8ps和五個(gè)偏振保持光纖部分被定義為第二組(對(duì)應(yīng)于NMAX＝5，在2N-1Tmin結(jié)構(gòu)中Tmin＝0.5ps)的PMD仿真器以隨機(jī)的角度排列這些偏振保持光纖部分，測(cè)定的PMD分別與麥克斯韋分布一起示出在圖中。
工業(yè)實(shí)用性依照本發(fā)明上述的PMD仿真器，可以將PMD值設(shè)為任意期望的值。
偏振保持光纖部分的最小PMD和數(shù)目可以改變以設(shè)定期望的分離度和最大的PMD值。在研究理想光傳輸線PMD現(xiàn)象的試驗(yàn)中，很容易產(chǎn)生出理想光傳輸系統(tǒng)的PMD現(xiàn)象。這也可用在PMD補(bǔ)償器中來補(bǔ)償作為高速光通信中很大障礙的PMD。
很顯然，對(duì)本領(lǐng)域的熟練人員而言，可以對(duì)本發(fā)明作出各種修改和改變。因此，本發(fā)明涵蓋這些修改和改變，且這些修改和改變落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種偏振模色散(PMD)仿真器，包括至少兩個(gè)偏振保持(PM)光纖部分，每一個(gè)都具有預(yù)定的PMD值；機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置，用于將所述這些偏振保持光纖部分中兩個(gè)相鄰PM光纖部分的其中一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)旋轉(zhuǎn)，以將所述至少兩個(gè)PM光纖部分的雙折射軸以相同的方向或以預(yù)定的角度彼此正交排列；和接合在兩個(gè)相鄰PM光纖部分之間的單模光纖，具有非常小的PMD值，該值與所述偏振保持光纖部分的PMD值相比可以忽略。
2.依照權(quán)利要求1所述的PMD仿真器，其中所述機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)。
3.依照權(quán)利要求2所述的PMD仿真器，還包括控制器，具有一個(gè)PMD終值的信息，該P(yáng)MD終值由正交的排列組合和與所述PM光纖部分的雙折射軸的一致所產(chǎn)生，用于依照用戶輸入的PMD值來驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)電機(jī)。
4.依照權(quán)利要求1所述的PMD仿真器，其中所述偏振保持光纖部分的每一個(gè)都具有一個(gè)2N-1Tmin的PMD值，使得所述PMD仿真器產(chǎn)生出從最小的Tmin到最大的Tmin(2NMAX-1-1)之間間隔為2 Tmin的PMD值，其中N是整數(shù)，1≤N≤NMAX，NMAX是偏振保持光纖部分的全部個(gè)數(shù)，是等于或大于2的整數(shù)，Tmin是具有最小PMD值的PM光纖部分的PMD值。
5.依照權(quán)利要求1所述的PMD仿真器，其中所述PM光纖部分具有一個(gè)PMD值。
6.依照權(quán)利要求1所述的PMD仿真器，其中所述PM光纖部分具有N2Tmin的PMD值，其中N是整數(shù)，2≤N≤NMAX+1，NMAX是偏振保持光纖部分的全部個(gè)數(shù)，是等于或大于2的整數(shù)，Tmin是具有最小PMD值的偏振保持光纖部分的PMD值。
7.依照權(quán)利要求1所述的PMD仿真器，其中所述PM光纖部分的每一個(gè)都包括第一組PM光纖部分，每一個(gè)都具有相同的PMD值；和第二組PM光纖部分，每一個(gè)都具有2N-1Tmin的PMD值，其中N是整數(shù)，1≤N≤NMAX，NMAX是屬于所述第二組的偏振保持光纖部分的個(gè)數(shù)，是等于或大于2的整數(shù)，Tmin是在屬于所述第二組的偏振保持光纖部分中具有最小PMD值的偏振保持光纖部分的PMD值。
全文摘要
本發(fā)明披露一種偏振模色散(PMD)仿真器，其能夠在光纖跨度上很容易地復(fù)現(xiàn)出PMD效應(yīng)。本發(fā)明的PMD仿真器包括至少兩個(gè)偏振保持(PM)光纖部分，每一個(gè)都具有預(yù)定的PMD值；機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)PM光纖部分中相鄰光纖部分的其中一個(gè)；接合在兩個(gè)相鄰PM光纖部分之間的單模光纖，其中該單模光纖具有與任一PM光纖部分的PMD值相比可以忽略的非常小的PMD值。依照本發(fā)明，在研究理想光纖跨度的PMD效應(yīng)的試驗(yàn)中，很容易復(fù)制出PMD效應(yīng)。
文檔編號(hào)G02B6/10GK1545630SQ01823597
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2001年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月5日
發(fā)明者表正炯, 鄭浩鎮(zhèn), 李英旭, 金炳允 申請(qǐng)人:圖南系統(tǒng)株式會(huì)社