專利名稱：可調(diào)多階偏振模色散仿真器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光纖通信領(lǐng)域內(nèi)對偏振模色散的仿真與補償。
技術(shù)背景對高性能的光纖通信系統(tǒng)來講，當(dāng)傳輸?shù)乃俾食^10-Gb/s時，光 纖本身及傳輸鏈路中元器件所具有的偏振模色散(Polarization Mode Dispersion, PMD)所引起的惡化效應(yīng)成為系統(tǒng)的主要問題。 一般來講，偏 振模色散是由于光纖的纖芯本身不是理想的圓形，從而導(dǎo)致當(dāng)光信號沿 著光纖傳輸時，兩個偏振分量所傳輸?shù)乃俣炔煌?。在?jīng)過一段距離后， 兩個偏振分量之間產(chǎn)生相對的延遲。這種一階的偏振模色散效應(yīng)稱之為 微分群時延(Differential Group Delay)。另一方面，由于其它的因素導(dǎo)致 高階偏振模色散效應(yīng)的產(chǎn)生，會進(jìn)一步惡化信號。對二階偏振模色散 (Second-order PMD, SOPMD)的簡單理解可以認(rèn)為是跟波長相關(guān)的微分 群時延導(dǎo)致產(chǎn)生。由于偏振模色散的重要性，不僅需要對它進(jìn)行補償?shù)难芯?，而且?要在實際實驗中進(jìn)行仿真。仿真的必要性主要是因為帶有大的偏振模色 散值的光纖都已經(jīng)鋪設(shè)在實際系統(tǒng)中了，而且實驗中不可能長時間等待 光纖本身的狀態(tài)發(fā)生快速變化來模擬偏振模色散。因此，提供偏振模色 散的仿真與補償裝置具有非常重要的實用意義。目前偏振模色散仿真器(一般來講，仿真器也大都可以用作補償器 用，因此，我們主要討論仿真器)包括幾種結(jié)構(gòu)采用雙折射晶體和磁光開關(guān)實現(xiàn)可調(diào)的一階PMD仿真(L,S. Yan， et al， "Programmable group delay module using binary polarization switching," J丄Zg/zfwove Tec/mo/" vol.21,no.7,2003);采用多段保偏光纖配以中間偏振控制器耦合的多階 PMD 仿真 (R. Khosravani, et al， "Time and frequency domain characteristics of polarization-mode dispersion emulators," 尸/zotow. rec/mo/.i>".， vol. 13, no. 2,2001);采用多段固定耦合的保偏光纖上微 加熱器改變相位達(dá)到PMD仿真(M. C. Hauer, et al, "Electrically controllable all-fiber PMD emulator using a compact array of thin-film microheaters，" /Tec/mo/., vol. 22, no. 4, 2004);采用高精度相位 控制產(chǎn)生PMD (J. N. Damask, et al, "Demonstration of a coherent PMD source,"/五五五尸/wto". T^/wo/.丄幼.，vol. 15, no. 11， 2003);以及采用多個 可調(diào)一階DGD仿真器組成高階可調(diào)的PMD仿真器(L,S. Yan， et al， "Polarization-mode-dispersion emulator using variable differential group delay (DGD) elements and its use for experimental importance sampling," Zig/zfwave Tec/wo/., vol. 22, no. 3, 2004)。以上結(jié)構(gòu)采用雙折射元件與偏振控制器或單個偏振旋轉(zhuǎn)器的方式， 存在的問題包括或者不適于作補償器；或者速度太慢；或者沒有可調(diào) 性；或者重復(fù)性不好。如前面提到的(L,S. Yan， C. Yeh， G. Yang, L. Lin， Z. Chen, Y. Q. Shi, A. E. Willner, and X. Steve Yao, "Programmable group delay module using binary polarization switching," ^7 Z妙A(yù)vave !Tec/7wo/.，vol. 21, no.7, 2003)單個偏振旋轉(zhuǎn)器采用的是90。旋轉(zhuǎn)角度，因此，改變 偏振旋轉(zhuǎn)器的狀態(tài)(0?；蛎?。旋轉(zhuǎn))可以使得雙折射晶體之間的相互關(guān) 系或者相加(PMD增大)或者相消(PMD減小)，從而使得輸出的是 可調(diào)的一階偏振模色散(也就是DGD)，不存在二階效應(yīng)。 發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點，本發(fā)明的目的是設(shè)計一種可調(diào)的多階偏 振模色散仿真器或補償器，以下敘述如無特殊情況，我們稱之為仿真器。本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的可調(diào)多階偏振模色散仿真器，實現(xiàn)一階和多階偏振模色散的仿真， 光路組合包括至少一個由光學(xué)雙折射元件和偏振旋轉(zhuǎn)器對組合構(gòu)成的 光學(xué)單元；雙折射元件和偏振旋轉(zhuǎn)器對沿光軸間序排列；所述偏振旋轉(zhuǎn) 器對由至少兩只可旋轉(zhuǎn)角度的飽和型偏振旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成。與其它設(shè)計一樣也采用雙折射元件(如雙折射晶體或保偏光纖等) 來構(gòu)成仿真器的一部分，而同其它設(shè)計不一樣的是，我們在雙折射元件 之間采用的不是偏振控制器或單個偏振旋轉(zhuǎn)器(能夠產(chǎn)生90。的旋轉(zhuǎn)角 度)。我們采用的是兩個(或以上，只要滿足類似的旋轉(zhuǎn)關(guān)系)能夠產(chǎn) 生45°的旋轉(zhuǎn)角度的偏振旋轉(zhuǎn)器(或偏振開關(guān))。這種旋轉(zhuǎn)器具有的特 性如圖1所示。在一定的驅(qū)動電流(或電壓)情況下，其旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到 穩(wěn)定的飽和狀態(tài)，例如，當(dāng)驅(qū)動電流低于I,時，其角度為一個固定的值， 電流再低也是如此。而當(dāng)驅(qū)動電流增大，高于12時，其對入射的偏振態(tài) 旋轉(zhuǎn)45。后繼續(xù)飽和，再增大電流也是如此的。采用這樣的飽和型偏振 旋轉(zhuǎn)器可以保證每次產(chǎn)生的偏振模色散的值一致(重復(fù)性)。如圖2所示，兩個DGD矢量(t,與T2)相加的時候(圖2a)，產(chǎn)生的TT。tai為線性相加的一階PMD;當(dāng)兩個DGD矢量相減的時候(圖2b)， 產(chǎn)生的TT福為線性相減的一階PMD。這就是采用90。偏振旋轉(zhuǎn)器的效果。 而當(dāng)采用45。旋轉(zhuǎn)器的情況下，兩個矢量疊加的效果(圖2c)就產(chǎn)生了除了一階TT。^外，尚有的高階(主要為二階)分量，即圖中的陰影部分。采用45。的偏振旋轉(zhuǎn)器的工作原理如圖3所示，對應(yīng)著雙折射晶體 的兩個本征光軸(快軸與慢軸)，將偏振旋轉(zhuǎn)器的起始位置放在兩個軸 的中間(即45。的地方)，而偏振旋轉(zhuǎn)器對中的 一個偏振旋轉(zhuǎn)器可以產(chǎn) 生+22.5°或-22.5°的旋轉(zhuǎn)。這樣一來，當(dāng)兩個這樣的偏振旋轉(zhuǎn)器級聯(lián)的時 候，就會出現(xiàn)這樣三種情況(1)當(dāng)兩個旋轉(zhuǎn)器同時向一個方向旋轉(zhuǎn) 的時候，產(chǎn)生+45°的旋轉(zhuǎn)(對應(yīng)圖3，與慢軸平行)，或者-45°的旋轉(zhuǎn)(與 快軸平行)；對應(yīng)圖2a和圖2b，這樣的情況就是一階效應(yīng)，與前面的 可調(diào)DGD仿真器原理和實現(xiàn)的目的一樣；(2)當(dāng)兩個旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)方向 相反的時候(一個+22.5°， 一個-22.5°)，產(chǎn)生的綜合效果是沒有偏轉(zhuǎn)， 偏振耦合仍然停留在雙折射晶體兩個本征軸的中間(45°)。對應(yīng)圖2c， 這時產(chǎn)生的就是二階效應(yīng)(SOPMD)。采用本發(fā)明的方案，通過不同的偏振旋轉(zhuǎn)器的組合，我們既可以實 現(xiàn)可調(diào)的完全的一階PMD (即DGD)仿真，又可以根據(jù)需要實現(xiàn)相應(yīng) 的二階(或者更高階)PMD的仿真。由于偏振旋轉(zhuǎn)器的速度可以很快(如 高速的磁光開關(guān))，這樣的裝置既可以用于仿真，又可以用在實時補償 系統(tǒng)中。另外，由于磁光類的偏振旋轉(zhuǎn)器工作在飽和狀態(tài)，其重復(fù)性非 常高，因此產(chǎn)生的PMD仿真結(jié)果也非常穩(wěn)定，而且可以重復(fù)。


如下圖1為本發(fā)明所用偏振旋轉(zhuǎn)器的特性示意圖。圖2為一階和二階PMD矢量疊加示意圖。圖3本發(fā)明利用45。偏振旋轉(zhuǎn)器實現(xiàn)可調(diào)PMD仿真器的原理示意圖。圖4為本發(fā)明實施一個典型結(jié)構(gòu)圖。圖5為本發(fā)明作為PMD仿真器的應(yīng)用示意圖。圖6為本發(fā)明作為PMD補償器的應(yīng)用示意圖。圖7為典型的一階PMD (即DGD)測量結(jié)果。圖8為對應(yīng)的典型二階PMD測量結(jié)果。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。 圖4表達(dá)了本發(fā)明實施的一個典型結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明可調(diào)多階PMD仿 真器100由一系列的雙折射元件102,， 1022...、+1和偏振旋轉(zhuǎn)器103A1， 103M…103一103B 組成，偏振旋轉(zhuǎn)器采用飽和類磁光開關(guān)。當(dāng)輸入光信 號101從一端進(jìn)入仿真器時，先經(jīng)過第一個雙折射元件(通常是沿著元 件兩個本征軸中間-45。方向入射，有時候也在第一個雙折射元件前加上 偏振旋轉(zhuǎn)器，但這都不是本發(fā)明的原則性要點，而是實際應(yīng)用中根據(jù)不 同情況進(jìn)行的微調(diào))，然后經(jīng)過第一對偏振旋轉(zhuǎn)器，再進(jìn)入第二個雙折 射元件。根據(jù)圖3所述的原理，調(diào)整兩個偏振旋轉(zhuǎn)器相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度， 可以實現(xiàn)第一和第二個雙折射元件本身具有的DGD的線性相加或相消 (仍然是一階PMD，即DGD)，也可以產(chǎn)生二階的PMD (45°旋轉(zhuǎn)角 度時)。同樣道理，后面的一系列雙折射元件和偏振旋轉(zhuǎn)器可以通過不同的組合實現(xiàn)不同的一階與二階PMD的仿真(即可調(diào))。值得注意的是，我們可以使得所有或部分雙折射元件都以45°耦合，但是這樣實現(xiàn) 的不僅僅是二階PMD，還包括了更高階的分量，而且計算也比較復(fù)雜，在實用中需要更多的考慮。我們所考慮的是盡量只選擇其中一組偏振旋轉(zhuǎn)器保持在45°，而其他的都是或者0°，或者90°，這樣產(chǎn)生的綜合效 果相當(dāng)于兩個可調(diào)的一階PMD仿真器以45。的耦合進(jìn)行級聯(lián)(圖2c)， 容易控制與計算。這樣的設(shè)計還有另外的一個好處在偏振模色散補償 中，尤其是高速率系統(tǒng)中，高階PMD (通常指二階PMD)的效應(yīng)也很 明顯，但光學(xué)補償還缺乏手段。采用我們發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生同樣的一 階PMD(DGD)的情況下，對二階PMD進(jìn)行調(diào)整，從而對補償效果進(jìn) 一步優(yōu)化。圖5列舉了該結(jié)構(gòu)作為PMD仿真器在系統(tǒng)中的應(yīng)用。發(fā)射機201 產(chǎn)生的光信號經(jīng)偏振控制器202調(diào)整后進(jìn)入到仿真器203中，然后再進(jìn) 入傳輸光纖鏈路204中，最后再接收機205處接受信號并送到檢測設(shè)備 206進(jìn)行PMD效應(yīng)分析。圖6列舉了該結(jié)構(gòu)作為PMD補償器在系統(tǒng)中的應(yīng)用。發(fā)射機301 產(chǎn)生的光信號通過傳輸光纖鏈路302后，進(jìn)入到由偏振控制起303和本 結(jié)構(gòu)304組成的PMD光學(xué)補償器中。通過對補償器的控制，使得信號 質(zhì)量優(yōu)化，并送到接收機305和最終的檢測設(shè)備306中。圖7和圖8則是本發(fā)明的測試結(jié)果的一個例子，我們采用了類似 (L.-S. Yan， C. Yeh， G. Yang， L. Lin, Z. Chen, Y. Q. Shi， A. E. Willner， and X. Steve Yao, "Programmable group delay module using binarypolarization switching," / Z妙fH^ve 7"ec/OTo/., vol. 21, no.7, 2003)中的結(jié) 構(gòu)，但是將其中的90。偏振開關(guān)換成兩個45。的偏振旋轉(zhuǎn)器，并通過將其 中一對偏振旋轉(zhuǎn)器調(diào)整成中間狀態(tài)來實現(xiàn)二階PMD的仿真。圖7顯示 的是測量的一階PMD，而圖8則是對應(yīng)的二階PMD值。可以看到，產(chǎn) 生的一階PMD不再是固定的了，而且有了二階的PMD。我們也進(jìn)一步 驗證了通過不同的組合，可以達(dá)到在產(chǎn)生相同的一階PMD的情況下， 二階PMD可以進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
1. 可調(diào)多階偏振模色散仿真器，實現(xiàn)一階和多階偏振模色散的仿真，光路組合包括至少一個由光學(xué)雙折射元件和偏振旋轉(zhuǎn)器對組合構(gòu)成的光學(xué)單元；雙折射元件和偏振旋轉(zhuǎn)器對沿光軸間序排列；所述偏振旋轉(zhuǎn)器對由至少兩只可旋轉(zhuǎn)角度的飽和型偏振旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)多階偏振模色散仿真器，其特征在于， 飽和型偏振旋轉(zhuǎn)器所轉(zhuǎn)角度為±22. 5°。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述之可調(diào)多階偏振模色散仿真器，其特征在于， 所述偏振旋轉(zhuǎn)器為飽和類磁光開關(guān)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之可調(diào)多階偏振模色散仿真器，其特征在于， 可以通過調(diào)整偏振旋轉(zhuǎn)器的組合實現(xiàn)一階偏振模色散的仿真。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之可調(diào)多階偏振模色散仿真器，其特征在于， 可以通過調(diào)整偏振旋轉(zhuǎn)器的組合實現(xiàn)二階偏振模色散的仿真。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之可調(diào)多階偏振模色散仿真器，其特征在于， 可以通過調(diào)整偏振旋轉(zhuǎn)器的組合實現(xiàn)在同樣的一階偏振模色散值的 情況下，可調(diào)的二階偏振模色散的仿真。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述之可調(diào)多階偏振模色散仿真器，其特征在于， 可以通過調(diào)整偏振旋轉(zhuǎn)器的組合實現(xiàn)高階偏振模色散的仿真。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之可調(diào)多階偏振模色散仿真器，其特征在于， 可以通過調(diào)整偏振旋轉(zhuǎn)器的組合實現(xiàn)可調(diào)的多階偏振模色散的仿真。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調(diào)多階偏振模色散仿真器，實現(xiàn)一階和多階偏振模色散的仿真，光路組合包括至少一個由光學(xué)雙折射元件和偏振旋轉(zhuǎn)器對組合構(gòu)成的光學(xué)單元；雙折射元件和偏振旋轉(zhuǎn)器對沿光軸間序排列；所述偏振旋轉(zhuǎn)器對由至少兩只可旋轉(zhuǎn)角度的飽和型偏振旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成。通過將雙折射元件中間的兩個或以上偏振旋轉(zhuǎn)器進(jìn)行不同固定角度的旋轉(zhuǎn)，可以產(chǎn)生重復(fù)可調(diào)的一階與二階偏振模色散，并用于偏振模色散的仿真或補償中。
文檔編號G02B5/30GK101252396SQ20081004450
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者煒 潘, 斌 羅, 閆連山 申請人:西南交通大學(xué)