專利名稱：一種快速偏振模色散發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高速光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及偏振模色散模擬和補(bǔ)償技術(shù)。
背景技術(shù)：
在高速率光通信系統(tǒng)中，偏振模色散(PMD)引起傳輸信號(hào)的嚴(yán)重惡化，它已經(jīng)成為10Gbit/s以上通信系統(tǒng)的主要技術(shù)障礙。電信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在一般都靠選用低PMD的光纖或減小傳輸距離的方法回避PMD的問(wèn)題，而在傳輸速率超過(guò)40Gbit/s的光通信系統(tǒng)中，即使采用目前PMD值最小的光纖也只能傳輸幾百公里，而在80年代敷設(shè)的一些高PMD值的光纖中只能傳輸幾十公里，所以研究光纖中PMD的變化規(guī)律并補(bǔ)償這種變化，才能提高光傳輸?shù)乃俾屎途嚯x，因而PMD測(cè)量和補(bǔ)償技術(shù)的研究成為近幾年光通信研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
由于實(shí)驗(yàn)室中通常采用的試驗(yàn)光纖數(shù)量和種類有限，所以一般采用可以在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的PMD值變化的PMD模擬器代替真實(shí)光纖，既縮短研究時(shí)間，也利于考察補(bǔ)償系統(tǒng)的反饋速度和補(bǔ)償能力?，F(xiàn)有的PMD模擬器的類型有(1)將多段保偏光纖以隨機(jī)角度連接起來(lái)，其PMD平均值基本不變，段數(shù)越多越接近真實(shí)光纖，這種模擬器的PMD值基本不變，適用于PMD測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)。(2)多段保偏光纖串聯(lián)，在所有相鄰的兩段保偏光纖之間加偏振控制器，每個(gè)偏振控制器獨(dú)立工作、并能遍歷所有偏振態(tài)，這種方法成本較高，控制復(fù)雜。(3)多段不同長(zhǎng)度的保偏光纖串聯(lián)，隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)各段保偏光纖相互之間的偏振主軸，這種模擬器不易產(chǎn)生符合Maxwell分布的群時(shí)延差(DGD)信號(hào)。
現(xiàn)有的PMD模擬器存在的主要缺點(diǎn)有(1)難以重復(fù)產(chǎn)生任意分布形式的PMD序列值或特定的PMD值，不利于測(cè)量和補(bǔ)償研究方法的比較。(2)低階和高階PMD混在一起，不能分開(kāi)研究，且分布不能同時(shí)滿足要求。(3)一般DGD值變化速度較慢，無(wú)法模擬瞬時(shí)的PMD變化。
PMD補(bǔ)償技術(shù)目前主要研究一階補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，它包括偏振主態(tài)(PSP)的補(bǔ)償和DGD的補(bǔ)償。PSP的補(bǔ)償需要用偏振旋轉(zhuǎn)器跟蹤光纖中偏振態(tài)的變化，使輸出偏振態(tài)保持恒定，現(xiàn)在一般采用電控偏振控制器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。DGD的補(bǔ)償有兩種方法，一是采用固定長(zhǎng)度的保偏光纖，即定值補(bǔ)償，這種方法用于被補(bǔ)償對(duì)象DGD值變化不大的情況，補(bǔ)償效果不太好，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；二是采用可變DGD發(fā)生器，一般是用偏振分束器加可變延時(shí)器的方法，優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)范圍大，缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)速度慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的PMD模擬和補(bǔ)償器件存在的缺點(diǎn)，提出的一種快速、可編程的偏振模色散發(fā)生器，它能夠快速產(chǎn)生嚴(yán)格符合Maxwell分布的DGD和PSP序列，而且序列值可完全重復(fù)。也可以產(chǎn)生一階、二階混合或純二階的PMD。
本發(fā)明的一種快速偏振模色散發(fā)生器，其特征在于，包括一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和一個(gè)DGD發(fā)生器和單片機(jī)三部分；其中，輸入光信號(hào)通過(guò)光纖導(dǎo)入偏振旋轉(zhuǎn)器，再導(dǎo)入DGD發(fā)生器，最后從光纖導(dǎo)出，偏振旋轉(zhuǎn)器、DGD發(fā)生器均與單片機(jī)相連。
本發(fā)明提出的另一種快速偏振模色散發(fā)生器，其特征在于，包括一個(gè)單片機(jī)，及與其相連的相間排列的三個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和三個(gè)群時(shí)延差發(fā)生器，其中，一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和相鄰的一個(gè)群時(shí)延差發(fā)生器組成一個(gè)一階偏振模色散發(fā)生器單元；各一階偏振模色散發(fā)生器單元之間通過(guò)光纖相連；其中，輸入光信號(hào)通過(guò)光纖導(dǎo)入第一個(gè)一階偏振模色散發(fā)生器單元，從第三個(gè)一階偏振模色散發(fā)生器單元輸出的光信號(hào)從光纖導(dǎo)出；組成純二階的偏振模色散模擬器。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果1.本發(fā)明PMD發(fā)生器可以產(chǎn)生范圍為τ～(2n-1)τ、分辨率為τ的任意分立的DGD值，n值和τ值越大DGD值變化范圍就越大，τ值越小則DGD值分辨率越高?？梢援a(chǎn)生0～360°的所有偏振方向的旋轉(zhuǎn)，也可以產(chǎn)生確定的旋轉(zhuǎn)角。
2.本發(fā)明PMD發(fā)生器可以產(chǎn)生滿足任意數(shù)學(xué)分布的DGD變化序列，且DGD值和序列可重復(fù)。
3.本發(fā)明PMD發(fā)生器可以在0～360°范圍內(nèi)產(chǎn)生滿足任意數(shù)學(xué)分布的PSP，且上述狀態(tài)可以重復(fù)。
4.單個(gè)本發(fā)明PMD發(fā)生器產(chǎn)生的是純一階的PMD，幾個(gè)本發(fā)明一階PMD發(fā)生器單元的組合可以產(chǎn)生純二階或多階混合的PMD。
5.本發(fā)明PMD發(fā)生器響應(yīng)速度快(＜1ms)、插入損耗小(＜2dB)。
它主要的應(yīng)用(1)可作為理想的一階PMD模擬器，它能夠快速產(chǎn)生嚴(yán)格符合Maxwell分布的DGD和PSP序列，而且序列值可完全重復(fù)。
(2)可用于高階PMD模擬器，也可以產(chǎn)生一階、二階混合或純二階的PMD。
(3)一階PMD補(bǔ)償器，產(chǎn)生與被補(bǔ)償對(duì)象相反的PSP和DGD值，可快速補(bǔ)償一階PMD的變化。
(4)高階PMD的補(bǔ)償，幾個(gè)本發(fā)明一階PMD發(fā)生器單元的串聯(lián)可補(bǔ)償高階PMD的變化。
(5)非Maxwell分布PMD模擬器，因?yàn)樵贛axwell分布中大DGD值的發(fā)生幾率非常小，所以以完全符合Maxwell分布的PMD模擬器或真實(shí)光纖作為被補(bǔ)償對(duì)象不利于考察補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)大DGD值的補(bǔ)償效果，因而人為增加大DGD值的發(fā)生幾率是一種有效的PMD補(bǔ)償研究方法，稱為“重點(diǎn)采樣法”，本發(fā)明發(fā)生器可快速產(chǎn)生任意統(tǒng)計(jì)分布的PMD值。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1中一階PMD發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為實(shí)施例1中一階PMD發(fā)生器中的偏振旋轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)圖。
圖3為實(shí)施例1中一階PMD發(fā)生器中的DGD發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為實(shí)施例1中一階PMD發(fā)生器DGD測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
圖5為本發(fā)明的實(shí)施例2純二階的PMD發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的一種可編程偏振模色散發(fā)生器，結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下實(shí)施例1本實(shí)施例的可編程偏振模色散發(fā)生器的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由電控的磁光偏振旋轉(zhuǎn)器、電控的DGD發(fā)生器和單片機(jī)三部分組成，其中，輸入光信號(hào)通過(guò)光纖導(dǎo)入偏振旋轉(zhuǎn)器，再導(dǎo)入DGD發(fā)生器，最后從光纖導(dǎo)出，偏振旋轉(zhuǎn)器、DGD發(fā)生器均與單片機(jī)相連。
圖2是本實(shí)施例的偏振旋轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)圖，它是一個(gè)電控的磁光偏振旋轉(zhuǎn)器，由帶有軸向通孔的線圈骨架20、繞在其上的線圈21，固定在通孔中心的磁光旋轉(zhuǎn)晶體22組成。光纖導(dǎo)入的光信號(hào)通過(guò)磁光旋轉(zhuǎn)晶體22后從光纖導(dǎo)出，通過(guò)單片機(jī)控制線圈21中的電流可以使入射光的偏振方向在0～360°范圍內(nèi)連續(xù)變化，并且旋轉(zhuǎn)角度與特定電流相對(duì)應(yīng)。線圈21要求在線圈的中心位置能產(chǎn)生的最大磁場(chǎng)等于磁光晶體的飽和磁場(chǎng)，本實(shí)施例中采用0.1mm漆包線，1200匝。本實(shí)用新型也可采用具有相應(yīng)功能的其它偏振旋轉(zhuǎn)器。
本實(shí)施例的DGD發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由沿光軸相間排列的n個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器(321、322、......32n)和n個(gè)偏振延遲器(331、332、......33n)組成，且相鄰延遲器的DGD值成倍數(shù)增長(zhǎng)。
DGD發(fā)生器的工作原理為光纖導(dǎo)入的輸入光信號(hào)經(jīng)準(zhǔn)直器311變?yōu)槠叫泄猓惶嫱ㄟ^(guò)n個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和n個(gè)偏振延遲器，再由光纖準(zhǔn)直器312耦合進(jìn)光纖導(dǎo)出。所有偏振延遲器的快軸相互平行，偏振旋轉(zhuǎn)器可工作于0°和90°兩個(gè)狀態(tài)，由2個(gè)不同的電壓控制。
n個(gè)偏振延遲器(321～33n)產(chǎn)生的群時(shí)延差(DGD)分別為τ、2τ、……nτ，其DGD的大小由雙折射晶體的材料和尺寸決定，定義km為第m個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器的開(kāi)關(guān)系數(shù)，旋轉(zhuǎn)角度為0°時(shí)km＝1，旋轉(zhuǎn)角度為90°時(shí)km＝-1，通過(guò)單片機(jī)編程控制k1～kn的值，則本發(fā)明發(fā)生器總的DGD值為DGDtotle＝k1(τ+k2(2τ+…+kn-1((n-1)τ+knnτ)…))當(dāng)本實(shí)施例的DGD發(fā)生器由6個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和6個(gè)偏振延遲器組成時(shí)，且相鄰延遲器的DGD值分別為0.5、1、2、4、8、16(ps)，則總的DGD值為DGDtotle＝k1(0.5+k2(1+k3(2+k4(4+k5(8+16k6)))))(ps)對(duì)應(yīng)不同的k1～k6組合值，可以得到±0.5ps～±31.5ps范圍內(nèi)、分辨率為0.5ps的DGD值。
本實(shí)用新型也可采用具有相應(yīng)功能的其它DGD發(fā)生器。
本實(shí)施例的采用8051系列單片機(jī)，它可以產(chǎn)生符合不同統(tǒng)計(jì)分布的算法，并通過(guò)接口電路產(chǎn)生偏振旋轉(zhuǎn)器需要的控制電流，也可以產(chǎn)生控制DGD發(fā)生器狀態(tài)所需要的開(kāi)關(guān)電壓。
本實(shí)施例可作為一階的PMD模擬器，產(chǎn)生的DGD值嚴(yán)格符合Maxwell分布，PSP值符合均勻分布。
本實(shí)施例單片機(jī)產(chǎn)生平均值為μ的Maxwell分布序列的方法為首先由單片機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)在區(qū)間(0，1)內(nèi)的均勻分布的隨機(jī)數(shù)r1和r2，然后由下式可以得到一個(gè)符合正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)N1，N1=-2log(r1)cos2(2πr2)]]>同樣用上述公式得到符合正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)N2和N3，則M=π8μ(N12+N22+N32)]]>就是平均值為的符合Maxwell分布的隨機(jī)數(shù)。
本實(shí)施例取M值為0.5ps的倍數(shù)，并舍棄M＜0.5和M＞31.5的值，查表可以得到k1～k6的組合值，通過(guò)單片機(jī)接口輸出到DGD發(fā)生器，則DGD發(fā)生器就產(chǎn)生與計(jì)算值嚴(yán)格相符的DGD輸出。μ(ps)值由具體應(yīng)用于要求決定，一般取值范圍不大于DGD發(fā)生器最大值的一半，在本實(shí)施例中，取μ＜15ps。
同樣由單片機(jī)計(jì)算出在0～360°范圍內(nèi)，符合均勻分布的數(shù)值序列，并通過(guò)接口輸出到偏振旋轉(zhuǎn)器，即可以使入射光信號(hào)的偏振方向在0～360°范圍內(nèi)隨機(jī)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度符合均勻分布；也可以使偏振旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)到需要的角度。
實(shí)驗(yàn)測(cè)得由本實(shí)施例產(chǎn)生的DGD值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4中柱狀圖所示，圖中曲線為理想Maxwell分布曲線，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)與理論嚴(yán)格相符。
實(shí)施例1的工作原理為從光纖輸出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振旋轉(zhuǎn)器，控制線圈21的電流，使得從偏振旋轉(zhuǎn)器輸出的光與DGD發(fā)生器中的高雙折射晶體的快(慢)軸成某一夾角，該夾角為零時(shí)，由PMD發(fā)生器輸出的光信號(hào)的形狀不發(fā)生變化，夾角不同，輸出信號(hào)的形狀不同；同一個(gè)夾角下，DGD發(fā)生器的值不同，信號(hào)光經(jīng)過(guò)DGD發(fā)生器后兩個(gè)互相垂直的偏振模的時(shí)間延遲不同，輸出的信號(hào)形狀也不同。
實(shí)施例2其組成結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括一個(gè)單片機(jī)，及與其相連的相間排列的三個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和三個(gè)群時(shí)延差(DGD)發(fā)生器；一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和相鄰的一個(gè)群時(shí)延差(DGD)發(fā)生器組成一個(gè)一階偏振模色散(PMD)發(fā)生器單元；各一階PMD發(fā)生器單元之間通過(guò)光纖相連；其中，輸入光信號(hào)通過(guò)光纖導(dǎo)入第一個(gè)一階PMD發(fā)生器單元，從第三個(gè)一階PMD發(fā)生器單元輸出的光信號(hào)從光纖導(dǎo)出；組成純二階的PMD模擬器。本實(shí)施例用一個(gè)單片機(jī)控制，保證三個(gè)一階PMD發(fā)生器單元的DGD值相同，調(diào)節(jié)第2個(gè)和第3個(gè)一階PMD發(fā)生器單元的偏振旋轉(zhuǎn)器，使三個(gè)一階PMD發(fā)生器單元的PMD矢量在Stocks空間首尾相連，組成一個(gè)等邊三角形，此時(shí)總的一階PMD值為0，也可以證明此時(shí)3階以上的PMD值很小，因而本實(shí)施例可以看作是一個(gè)純二階的PMD發(fā)生器。保持第2個(gè)和第3個(gè)一階PMD發(fā)生器單元的偏振方向不變，第1個(gè)一階PMD發(fā)生器單元的偏振方向0～360°范圍內(nèi)均勻隨機(jī)變化，三個(gè)一階PMD發(fā)生器單元產(chǎn)生符合Maxwell分布的DGD序列，則本實(shí)施例二階PMD的平均值為 其中τ為每一個(gè)一階PMD發(fā)生器單元的DGD值的平均值。
實(shí)施例2中的偏振旋轉(zhuǎn)器和群時(shí)延差(DGD)發(fā)生器可采用實(shí)施例1中的具體結(jié)構(gòu)，也可采用具有相應(yīng)功能的其它已知器件。
權(quán)利要求
1.一種快速偏振模色散發(fā)生器，其特征在于，包括一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和一個(gè)群時(shí)延差發(fā)生器和單片機(jī)三部分；其中，輸入光信號(hào)通過(guò)光纖導(dǎo)入偏振旋轉(zhuǎn)器，再通過(guò)群時(shí)延差發(fā)生器，最后從光纖導(dǎo)出，偏振旋轉(zhuǎn)器、群時(shí)延差發(fā)生器均與單片機(jī)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的快速偏振模色散發(fā)生器，其特征在于，所述的磁光偏振旋轉(zhuǎn)器由帶有軸向通孔的線圈骨架、繞在其上的線圈，固定在通孔中心的磁光旋轉(zhuǎn)晶體組成。
3.如權(quán)利要求1所述的快速偏振模色散發(fā)生器，其特征在于，所述的群時(shí)延差發(fā)生器，它由沿光軸相間排列的n個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和n個(gè)偏振延遲器組成，且相鄰延遲器的群時(shí)延差值成倍數(shù)增長(zhǎng)。
4.一種快速偏振模色散發(fā)生器，其特征在于，包括一個(gè)單片機(jī)，及與其相連的相間排列的三個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和三個(gè)群時(shí)延差發(fā)生器，其中，一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器和相鄰的一個(gè)群時(shí)延差發(fā)生器組成一個(gè)一階偏振模色散發(fā)生器單元；各一階偏振模色散發(fā)生器單元之間通過(guò)光纖相連；其中，輸入光信號(hào)通過(guò)光纖導(dǎo)入第一個(gè)一階偏振模色散發(fā)生器單元，從第三個(gè)一階偏振模色散發(fā)生器單元輸出的光信號(hào)從光纖導(dǎo)出；組成純二階的偏振模色散模擬器。
全文摘要
本發(fā)明屬于高速光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種快速偏振模色散發(fā)生器。包括一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器、一個(gè)群時(shí)延差發(fā)生器和單片機(jī)三部分；其中，輸入光信號(hào)通過(guò)光纖導(dǎo)入偏振旋轉(zhuǎn)器，再導(dǎo)入DGD發(fā)生器，最后從光纖導(dǎo)出，偏振旋轉(zhuǎn)器、DGD發(fā)生器均與單片機(jī)相連。本發(fā)明不但能產(chǎn)生嚴(yán)格符合Maxwell分布的DGD和偏振主態(tài)(PSP)序列，也可以產(chǎn)生重取樣或任意DGD值分布及固定的DGD和PSP分立值。本發(fā)明可產(chǎn)生純一階的PMD，它具有速度快、重復(fù)性好、響應(yīng)快和插損小等優(yōu)點(diǎn)。多個(gè)一階PMD發(fā)生器單元的串聯(lián)可以產(chǎn)生純二階或多階混合的PMD。
文檔編號(hào)H04B10/18GK1558261SQ20041000074
公開(kāi)日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者婁采云, 姚和軍, 曾麗, 宋曉旻 申請(qǐng)人:清華大學(xué)