本發(fā)明屬于光波導(dǎo)色散測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種測量光纖色散的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在高速光傳輸系統(tǒng)中，光纖色散是影響傳輸性能的重要參數(shù)之一。因?yàn)樯⒌拇嬖?，不同波長的光在光纖中的傳輸速率是不一樣的。而在光纖中傳輸?shù)墓庑盘柌⑹遣粏紊ǎ虼嗣}沖將會(huì)被展寬，進(jìn)一步導(dǎo)致相鄰碼型之間出現(xiàn)串?dāng)_，從而影響通信質(zhì)量。因此在光傳輸系統(tǒng)中需要利用色散補(bǔ)償器件對傳輸光纖的色散進(jìn)行補(bǔ)償，然后色散補(bǔ)償?shù)那疤崾切枰獙Υa(bǔ)償光纖以及色散補(bǔ)償器件的色散系數(shù)進(jìn)行測量。

目前色散測量的方法主要有時(shí)延法、相移法以及干涉法等。這幾類方法各有缺點(diǎn)，時(shí)延法需要成本較高的脈沖激光器，且測量精度不高。相移法所需光源要求具有高調(diào)節(jié)精度，從而使整體裝置成本很高。干涉法在兩束光的相干過程中容易引入誤差，造成測量值的偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有色散測量方法需要使用脈沖激光器成本較高且測量精度不高的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種測量光纖色散的系統(tǒng)，包括：連續(xù)激光器、硅納米線波導(dǎo)、帶阻濾波器、波分復(fù)用器、雙通道單光子探測器以及時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器；所述連續(xù)激光器用于發(fā)射激光；所述硅納米線波導(dǎo)用于在激光泵浦下產(chǎn)生自發(fā)四波混頻非線性效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對；所述帶阻濾波器用于對所產(chǎn)生的寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對和殘留的激光進(jìn)行濾波，得到波長位于其帶通區(qū)間的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對，所述殘留的激光為所述四波混頻非線性效應(yīng)未消耗的激光；所述波分復(fù)用器用于從通過色散補(bǔ)償光纖后的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對中選出至少一對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子；所述雙通道單光子探測器用于接入所述至少一對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子，每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子達(dá)到所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差不同；所述時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器用于記錄每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差，所述每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差用于與每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子對應(yīng)的波長共同確定所述色散補(bǔ)償光纖在各波長點(diǎn)的色散系數(shù)，所述每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子對應(yīng)的波長根據(jù)所述激光的波以及用于選擇該對光子所用的波分復(fù)用器的通道長確定。

本發(fā)明通過利用成本較低的連續(xù)激光器作為激光光源，并利用激光光源引起的自發(fā)四波混頻非線性效應(yīng)產(chǎn)生寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對，取代現(xiàn)有脈沖激光器等成本昂貴的激光源，對激光光源的要求較低，操作方便。同時(shí)本發(fā)明通過多對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子確定色散補(bǔ)償光纖在各波長點(diǎn)的色散系數(shù)，可以保證測量精度。

可選地，測量光纖色散的系統(tǒng)還包括：摻餌光纖放大器和帶通濾波器；所述摻餌光纖放大器用于對所述連續(xù)激光器發(fā)射激光的功率進(jìn)行放大；所述帶通濾波器用于過濾掉所述功率放大后的激光的邊帶噪聲，并將過濾掉邊帶噪聲的激光輸出，所述用于產(chǎn)生寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對的激光為所述帶通濾波器輸出的激光。

可選地，測量光纖色散的系統(tǒng)還包括：偏振控制器；所述偏振控制器用于調(diào)節(jié)所述帶通濾波器輸出的激光的偏振態(tài)，以便獲得所述激光與硅納米線波導(dǎo)之間的最佳耦合效率。

可選地，所述帶阻濾波器的帶通區(qū)對應(yīng)的波長區(qū)間不包括所述激光的波長。

可選地，所述色散補(bǔ)償光纖在各波長點(diǎn)的色散系數(shù)d(λ)通過以下公式確定；

其中，λ為通過所述色散補(bǔ)償光纖的激光波長，τg(λ)為由所述色散補(bǔ)償光纖引起的時(shí)延，τg(λ)＝aλ²+bλ^-2+c，a和b根據(jù)每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差和每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子對應(yīng)的波長確定，具體通過以下公式確定：

δτg(λin,λsn)＝τg(λin)-τg(λsn)＝a(λin²-λsn²)+b(λin^-2-λsn^-2)＝tn-t0

其中，τg(λin)和τg(λsn)分別為n對閑頻光子和信號光子由所述色散補(bǔ)償光纖引起的時(shí)延，tn為第n對閑頻光子和信號光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差，t0為所述雙通道單光子探測器兩通道之間的電延時(shí)，每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子包括閑頻光子和信號光子，λin和λsn分別為第n對閑頻光子和信號光子的波長，所述激光的波長為λp，所述第n對閑頻光子和信號光子的波長通過以下公式確定：

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種測量光纖色散的方法，包括：通過連續(xù)激光器發(fā)射激光；利用激光引起的自發(fā)四波混頻非線性效應(yīng)產(chǎn)生寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對；通過帶通濾波器對所述寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對和殘留的激光進(jìn)行濾波，得到波長位于帶通區(qū)間的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對；從通過色散補(bǔ)償光纖后的波長位于帶通區(qū)間的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對中選出至少一對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子；通過雙通道單光子探測器接入所述至少一對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子，每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子達(dá)到所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差不同；記錄每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差，所述每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差用于與每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子對應(yīng)的波長共同確定所述色散補(bǔ)償光纖在各波長點(diǎn)的色散系數(shù)，所述每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子對應(yīng)的波長根據(jù)所述激光的波長以及用于選擇該對光子所用的波分復(fù)用器的通道確定。

可選地，測量光纖色散的方法還包括：對所述連續(xù)激光器發(fā)射激光的功率進(jìn)行放大；過濾掉所述功率放大后的激光的邊帶噪聲，并將過濾掉邊帶噪聲的激光輸出，所述用于產(chǎn)生寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對的激光為所述過濾掉邊帶噪聲的激光。

可選地，測量光纖色散的方法還包括：調(diào)節(jié)所述帶通濾波器輸出的激光的偏振態(tài)，以便獲得所述激光與硅納米線波導(dǎo)之間的最佳耦合效率，所述硅納米線波導(dǎo)用于在激光泵浦下產(chǎn)生自發(fā)四波混頻非線性效應(yīng)。

可選地，所述帶通區(qū)對應(yīng)的波長區(qū)間不包括所述激光的波長。

可選地，所述色散補(bǔ)償光纖在各波長點(diǎn)的色散系數(shù)d(λ)通過以下公式確定；

其中，λ為通過所述色散補(bǔ)償光纖的激光波長，τg(λ)為由所述色散補(bǔ)償光纖引起的時(shí)延，τg(λ)＝aλ²+bλ^-2+c，a和b根據(jù)每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差和每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子對應(yīng)的波長確定，具體通過以下公式確定：

δτg(λin,λsn)＝τg(λin)-τg(λsn)＝a(λin²-λsn²)+b(λin^-2-λsn^-2)＝tn-t0

其中，τg(λin)和τg(λsn)分別為n對閑頻光子和信號光子由所述色散補(bǔ)償光纖引起的時(shí)延，tn為第n對閑頻光子和信號光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差，t0為所述雙通道單光子探測器兩通道之間的電延時(shí)，每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子包括閑頻光子和信號光子，λin和λsn分別為第n對閑頻光子和信號光子的波長，所述激光的波長為λp，所述第n對閑頻光子和信號光子的波長通過以下公式確定：

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

本發(fā)明通過利用成本較低的連續(xù)激光器作為激光光源，并利用激光光源引起的自發(fā)四波混頻非線性效應(yīng)產(chǎn)生寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對，取代現(xiàn)有脈沖激光器等成本昂貴的激光源，對激光光源的要求較低，操作方便。同時(shí)本發(fā)明通過多對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子確定色散補(bǔ)償光纖在各波長點(diǎn)的色散系數(shù)，可以保證測量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測量光纖色散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為雙通道單光子探測器兩通道之間的電延時(shí)測量擬合圖；

圖3為雙通道單光子探測器兩通道之間的電延時(shí)測量以及多對時(shí)間能量糾纏光子對由色散補(bǔ)償光纖引入的時(shí)延的測量擬合圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例測量的色散補(bǔ)償光纖的色散系數(shù)和波長關(guān)系圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測量光纖色散的方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測量光纖色散的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，包括：連續(xù)激光器1、摻餌光纖放大器2、帶通濾波器3、偏振控制器4、硅納米線波導(dǎo)5、帶阻濾波器6、色散補(bǔ)償光纖7、波分復(fù)用器8、雙通道單光子探測器9以及時(shí)間相關(guān)的單光子計(jì)數(shù)器10。

連續(xù)激光器1輸出的激光經(jīng)過摻餌光纖放大器2進(jìn)行功率放大，然后進(jìn)入帶寬可調(diào)的帶通濾波器3中，帶通濾波器3用來抑制激光的邊帶噪聲。經(jīng)過放大并濾波后的激光與偏振控制器4相連，從偏振控制器4中出來的激光通過垂直耦合進(jìn)入硅納米線波導(dǎo)5中，偏振控制器4用來調(diào)節(jié)激光的偏振態(tài)，以便獲得激光與硅納米線波導(dǎo)5中激發(fā)出非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對最佳耦合效率。在簡并的自發(fā)四波混頻機(jī)制下，激光在硅納米線波導(dǎo)5中激發(fā)出非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對。殘留的激光和產(chǎn)生的時(shí)間能量糾纏的光子對通過垂直耦合從硅納米線波導(dǎo)5中進(jìn)入帶寬固定的帶阻濾波器6中，帶阻濾波器6用來隔離殘留的激光，而時(shí)間能量糾纏光子對則可以通過帶阻濾波器6。從帶阻濾波器6中出來的時(shí)間能量糾纏光子對進(jìn)入色散補(bǔ)償光纖7中，在色散補(bǔ)償光纖色散作用下，不同波長的光子將獲得不同的時(shí)延。從色散補(bǔ)償光纖出來的光子對進(jìn)入波分復(fù)用器8中，利用波分復(fù)用器8選擇滿足時(shí)間能量糾纏的至少一對光子，然后分別從波分復(fù)用器8對應(yīng)的端口輸出。從波分復(fù)用器8出來的時(shí)間能量糾纏光子對分別進(jìn)入雙通道單光子探測器9的兩個(gè)通道，單光子探測器兩個(gè)通道產(chǎn)生的電信號被時(shí)間相關(guān)的單光子計(jì)數(shù)器10所記錄，從而可以得到每對時(shí)間能量糾纏的兩個(gè)光子到達(dá)單光子探測器9的時(shí)間差，該時(shí)間差正是由散光光纖的色散所導(dǎo)致的。

需要說明的是，圖1所示的p代表連續(xù)激光器1發(fā)射的激光，s代表信號光子signal，i代表閑頻光子idler。

可選地，所述色散補(bǔ)償光纖在各波長點(diǎn)的色散系數(shù)d(λ)通過以下公式確定；

其中，λ為通過所述色散補(bǔ)償光纖的激光波長，τg(λ)為由所述色散補(bǔ)償光纖引起的時(shí)延，τg(λ)＝aλ²+bλ^-2+c，a和b根據(jù)每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差和每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子對應(yīng)的波長確定，具體通過以下公式確定：

δτg(λin,λsn)＝τg(λin)-τg(λsn)＝a(λin²-λsn²)+b(λin^-2-λsn^-2)＝tn-t0

其中，τg(λin)和τg(λsn)分別為n對閑頻光子和信號光子由所述色散補(bǔ)償光纖引起的時(shí)延，tn為第n對閑頻光子和信號光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差，t0為所述雙通道單光子探測器兩通道之間的電延時(shí)，每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子包括閑頻光子和信號光子，λin和λsn分別為第n對閑頻光子和信號光子的波長，所述激光的波長為λp，所述第n對閑頻光子和信號光子的波長通過以下公式確定：

在一個(gè)具體的示例中，連續(xù)激光器1可以為一臺(tái)波長可調(diào)的連續(xù)固體激光器，在本發(fā)明中，連續(xù)激光器1輸出的激光中心波長為1550.116nm，線寬為300mhz，功率為0dbm。摻餌光纖放大器2工作在c波段，用于將連續(xù)激光器1輸出的激光功率放大到25dbm。c波段為1530nm-1565nm。

帶通濾波器3工作中心波長為1550.116nm，3db帶寬0.1nm，隔離度50db，插入損耗5db。偏振控制器4用于手動(dòng)調(diào)節(jié)激光的偏振態(tài)，以便獲得最佳的垂直耦合效率，偏振控制器插入損耗為0.5db。硅納米線5制作在絕緣體上硅(soi)上。波導(dǎo)橫截面尺寸為：寬470nm、高220nm，波導(dǎo)長度6mm，波導(dǎo)入射端和出射端均為光子晶體垂直耦合光柵。

帶阻濾波器6工作中心波長為1549.6nm，線寬5nm，插入損耗2db。色散補(bǔ)償光纖7插入損耗1.7db。波分復(fù)用器8為陣列波導(dǎo)光柵類型，所覆蓋波長工作范圍為1528.516nm—1560.516nm。具有1個(gè)入射通道，40個(gè)出射通道，每個(gè)出射通道3db帶寬為0.62nm，相鄰?fù)ǖ乐行牟ㄩL間隔為0.8nm。雙通道單光子探測器9為近紅外單光子探測器，工作波長為900nm-1700nm，本發(fā)明中兩個(gè)通道的參數(shù)設(shè)置完全一致：量子效率為25％，門寬為20ns，死亡時(shí)間為10μs，時(shí)鐘頻率2.5mhz。時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器10和單光子探測器9組合用來完成對時(shí)間能量糾纏光子對的符合測量。

在該實(shí)施例中色散測量過程如下：

1、波長為λp＝1550.116nm的激光在硅納米線波導(dǎo)5中激發(fā)出時(shí)間能量糾纏光子對的物理過程為：波長為λp的兩個(gè)激光子湮滅，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)波長為λs的信號光子和一個(gè)波長為λi的閑頻光子，且此物理過程滿足能量守恒，即λs,λi和λp滿足關(guān)系式(1)：

2、首先，從帶阻濾波器6出來的時(shí)間能量糾纏的光子對不經(jīng)過色散補(bǔ)償光纖7，而是直接進(jìn)入波分復(fù)用器8。利用波分復(fù)用器8出射端的兩個(gè)通道選出λs＝1546.915nm和λi＝1553.324nm的滿足能量守恒的時(shí)間能量糾纏光子對。將這對光子直接接入雙通道單光子探測器8，符合計(jì)數(shù)如圖2所示，經(jīng)過高斯擬合得到兩個(gè)光子到達(dá)探測器的時(shí)間差為t0＝15039.838ps。t0來源于雙通道單光子探測器兩通道之間的電延時(shí)。

3、然后，從帶阻濾波器6中出來的雙光子先進(jìn)過色散補(bǔ)償光纖7，然后進(jìn)入波分復(fù)用器8中，利用波分復(fù)用器先篩選出第1對滿足能量守恒時(shí)間能量糾纏光子對，然后對其進(jìn)行符合探測并對符合計(jì)數(shù)進(jìn)行高斯擬合，得到兩個(gè)光子到達(dá)探測器的時(shí)間t1。同理，再利用波分復(fù)用器8選出第2，3，……，n(1≤n≤10)對滿足能量守恒的時(shí)間能量糾纏光子分別進(jìn)行符合測量(測量結(jié)果如圖3所示)，得到第n對光子中兩光子到達(dá)探測器的時(shí)間差tn(如表1所示)。

其中，第二行“nodcf”表示雙光子均未經(jīng)過色散光纖，因此對應(yīng)t0＝15039.838ps，且t0來源于雙通道單光子探測器兩通道之間的電延時(shí)。

表1

4、由色散補(bǔ)償光纖引起的第n對閑頻光子λin和信號光子λsn之間的時(shí)延差為：

δτg(λin,λsn)＝τg(λin)-τg(λsn)＝tn-t0(2)

波長為λ的光子經(jīng)過色散補(bǔ)償光纖時(shí)，由色散補(bǔ)償光纖引起的時(shí)延可由三階sellmeier函數(shù)描述：

τg(λ)＝aλ²+bλ^-2+c(3)

所以公式(2)可以寫為：

δτg(λin,λsn)＝a(λin²-λsn²)+b(λin^-2-λsn^-2)＝tn-t0(4)

利用已經(jīng)測得的tn-t0及其與之對應(yīng)的λsn,λin值，通過擬合得到公式(4)中的參數(shù)：

a＝-0.2675ps/nm²

b＝-9.1327×10¹¹ps.nm²

因此，色散補(bǔ)償光纖的色散系數(shù)可表示為公式(5)：

將波長為λ的光子其帶入公式(5)即可求出色散補(bǔ)償光纖色散系數(shù)d(λ)，結(jié)果如圖4所示。

相應(yīng)地，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測量光纖色散的方法流程示意圖，如圖所示，包括步驟s101至步驟s106。

s101，通過連續(xù)激光器發(fā)射激光。

s102，利用激光引起的自發(fā)四波混頻非線性效應(yīng)產(chǎn)生寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對。

s103，通過帶通濾波器對所述寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對和殘留的激光進(jìn)行濾波，得到波長位于帶通區(qū)間的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對，所述殘留的激光為所述四波混頻非線性效應(yīng)未消耗的激光。

s104，從通過色散補(bǔ)償光纖后的波長位于帶通區(qū)間的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對中選出至少一對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子。

s105，通過雙通道單光子探測器接入所述至少一對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子，每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子達(dá)到所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差不同。

s106，記錄每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差，所述每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子到達(dá)所述雙通道單光子探測器的時(shí)間差用于與每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子對應(yīng)的波長共同確定所述色散補(bǔ)償光纖在各波長點(diǎn)的色散系數(shù)，所述每對具有時(shí)間能量糾纏特性的光子對應(yīng)的波長根據(jù)所述激光的波長以及用于選擇該對光子所用的波分復(fù)用器的通道確定。

可選地，測量光纖色散的方法還包括：對所述連續(xù)激光器發(fā)射激光的功率進(jìn)行放大；過濾掉所述功率放大后的激光的邊帶噪聲，并將過濾掉邊帶噪聲的激光輸出，所述用于產(chǎn)生寬譜的非簡并的時(shí)間能量糾纏光子對的激光為所述過濾掉邊帶噪聲的激光。

可選地，測量光纖色散的方法還包括：調(diào)節(jié)所述帶通濾波器輸出的激光的偏振態(tài)，以便獲得所述激光與硅納米線波導(dǎo)之間的最佳耦合效率，所述硅納米線波導(dǎo)用于在激光泵浦下產(chǎn)生自發(fā)四波混頻非線性效應(yīng)。

可選地，所述帶通區(qū)對應(yīng)的波長區(qū)間不包括所述激光的波長。

以上，僅為本申請較佳的具體實(shí)施方式，但本申請的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本申請揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本申請的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。