專利名稱：一種偏振模色散模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種偏振模色散模擬器。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)信息的需求與日俱增。近幾年來，通信網(wǎng)上的語音、數(shù)據(jù)、視頻等多種媒體的業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)極快， 特別是IP業(yè)務(wù)總量每年以翻番的速度在爆炸性激增，骨干網(wǎng)上的數(shù)據(jù)流量逐漸超過語音流量，成為干線鏈路傳輸?shù)闹饕獦I(yè)務(wù)流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)話音業(yè)務(wù)量的年增長(zhǎng)率為10％，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的年增長(zhǎng)率為40％，而在我國(guó)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展更為迅猛，年增長(zhǎng)率達(dá)到了400％。業(yè)務(wù)總量的迅速飆升，推動(dòng)著作為現(xiàn)代長(zhǎng)途干線通信主體的光纖通信向著高比特率、大容量的方向發(fā)展。單信道速率從2.5Gbit/s、10Gbit/s到40Gbit/s，甚至更高的速率演進(jìn)；隨著摻鉺光纖放大技術(shù)和拉曼放大技術(shù)的商用化，傳輸跨距也越來越長(zhǎng)；利用光交叉互連(OXC)和光分插復(fù)用(OADM)等設(shè)備構(gòu)建的全光傳送網(wǎng)正逐步由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)走向商用化。原來在低速系統(tǒng)中可以忽略的偏振模色散(PMD)，成為實(shí)現(xiàn)高速率、大容量、長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的主要限制因素。
在全球已鋪設(shè)的上億公里的光纖鏈路上，實(shí)現(xiàn)高速率信號(hào)的傳輸會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但已鋪設(shè)光纖具有較高的PMD值，即使是目前新鋪設(shè)價(jià)格昂貴的、具有較低PMD值的光纖，經(jīng)長(zhǎng)距離傳輸和全光路由網(wǎng)絡(luò)后PMD值的累積，也會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的性能。因此，必須研究和解決PMD對(duì)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)性能的影響，而偏振模色散模擬器是研究、設(shè)計(jì)和測(cè)試高速光纖通信系統(tǒng)、鏈路和網(wǎng)絡(luò)的偏振模色散的重要器件，對(duì)于系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)具有重要意義。
關(guān)于偏振模色散模擬器，人們提出了多種方案。有的是采用幾段固定鏈接的保偏光纖模擬一階PMD，但它不易模擬高階PMD，而且一階PMD值不能動(dòng)態(tài)可調(diào)。有的是把入射光偏振分束后進(jìn)行延時(shí)，這種方案也只能產(chǎn)生一階PMD，雖然PMD值可調(diào)，但不能產(chǎn)生高階PMD。有的是把幾片具有高差分群時(shí)延(DGD)值的雙折射晶體用可旋轉(zhuǎn)的機(jī)械機(jī)構(gòu)固定鏈接，這樣可以產(chǎn)生動(dòng)態(tài)可變的一階和高階PMD值，但存在所用晶體多、機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、不易控制、易磨損、響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的偏振模色散模擬器，該模擬器能模擬高速光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的各階偏振模色散，功能強(qiáng)，能完全電控，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種偏振模色散模擬器，包括偏振光分束器(PBS)輸入端接收來自單模光纖所傳輸?shù)腍E11模的光，然后分解成兩個(gè)正交的偏振態(tài)A和偏振態(tài)B，并分別輸出到保偏光纖；可調(diào)光纖延時(shí)線輸入端接收經(jīng)保偏光纖(PMF)傳輸?shù)钠駪B(tài)為A的偏振光，并輸出到保偏光纖；偏振光合束器(PBC)包括兩個(gè)輸入端，分別接收經(jīng)保偏光纖傳輸來的偏振態(tài)為B的偏振光和經(jīng)歷保偏光纖和所述可調(diào)光纖延時(shí)線的偏振態(tài)為A的偏振光，合束后輸出到單模光纖；可調(diào)波片(VW)從偏振光合束器輸出的光，由單模光纖導(dǎo)入所述可調(diào)波片，所述可調(diào)波片改變穿過它的偏振光的兩個(gè)正交偏振模之間的相位差Δφ。
偏振光方位角控制裝置用于控制從所述可調(diào)波片出來的偏振光相對(duì)于光纖的本征雙折射軸的方位角。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過控制信號(hào)傳輸線路分別與所述可調(diào)光纖延時(shí)線、所述可調(diào)波片、所述偏振光方位角控制裝置連接，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過控制電路控制所述可調(diào)光纖延時(shí)線以產(chǎn)生隨機(jī)延時(shí)τ、控制穿過所述可調(diào)波片的偏振光的兩個(gè)正交偏振模之間的相位差Δφ、控制通過偏振光方位角控制裝置的偏振光的方位角θ。
進(jìn)一步，上述的偏振模色散模擬器，所述偏振光方位角控制裝置可以是由三個(gè)或三個(gè)以上的旋光器鏈接保偏光纖組成的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，從而得到一種基于鏈接方位角分布動(dòng)態(tài)可變的新型偏振模色散模擬器，該模擬器采用一種新型的基于法拉第旋光效應(yīng)的電控旋光器。所述旋光器由帶尾纖的輸入、輸出光纖準(zhǔn)直器、磁光晶體和螺線管構(gòu)成，帶尾纖的光纖準(zhǔn)直器把輸入光纖中的光準(zhǔn)直導(dǎo)入到磁光晶體，在螺旋管中通過的隨機(jī)電流產(chǎn)生的外磁場(chǎng)的作用下，使磁光晶體的介電張量發(fā)生變化，產(chǎn)生法拉第旋光效應(yīng)，從而使輸入光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，然后通過輸出光纖準(zhǔn)直器和尾纖輸出。本發(fā)明的旋光器選用的磁光晶體為釔鐵石榴石(簡(jiǎn)稱YIG)晶體，其法拉第旋轉(zhuǎn)角度大，在近紅外波段透明，適合光纖通信窗口使用。當(dāng)然，所述偏振光方位角控制裝置還可以采用現(xiàn)有的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和保偏光纖級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置用于使保偏光纖的雙折射軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而改變偏振光相對(duì)于光纖的本征雙折射軸的方位角。
本發(fā)明的偏振模色散模擬器，具體工作原理和過程如下HE11模(單模，實(shí)際上是兩個(gè)簡(jiǎn)并的正交偏振模)的光通過單模光纖(SMF)輸入到偏振模色散模擬器，首先經(jīng)偏振光分束器分成兩個(gè)正交的偏振態(tài)(記這兩種偏振態(tài)為A和B)，它們分別進(jìn)入后面的兩條保偏光纖。偏振態(tài)為B的偏振光經(jīng)歷保偏光纖，實(shí)現(xiàn)延遲時(shí)間tb(固定延時(shí))后，到達(dá)偏振光合束器，而偏振態(tài)為A的偏振光，經(jīng)保偏光纖通過可調(diào)光纖延時(shí)線到達(dá)偏振光合束器，它所經(jīng)歷的延遲時(shí)間為ta(電控可調(diào))。所以，從偏振光合束器輸出的光有了群時(shí)延τ＝ta-tb。通過電路控制可調(diào)光纖延時(shí)線實(shí)現(xiàn)隨機(jī)延時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)群時(shí)延τ的控制。
從偏振光合束器輸出的光，由單模光纖導(dǎo)入可調(diào)波片，該可調(diào)波片能夠通過電控改變穿過它的偏振光的兩個(gè)正交偏振模之間的相位差Δφ。從可調(diào)波片出來的偏振光進(jìn)入旋光器和保偏光纖構(gòu)成的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于處理從所述可調(diào)波片出來的偏振光，模擬實(shí)際光纖鏈路中的隨機(jī)雙折射和隨機(jī)模式耦合。本發(fā)明提供了一種偏振光方位角控制裝置，它是由三個(gè)旋光器鏈接四級(jí)保偏光纖組成，其中每級(jí)保偏光纖可以是等長(zhǎng)的，也可以是不等長(zhǎng)的，甚至級(jí)數(shù)也同樣可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。在該系統(tǒng)中，通過控制旋光器改變偏振光的旋轉(zhuǎn)角度(θ1，θ2，θ3)，以實(shí)現(xiàn)方位角參量θ的控制。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，在保偏光纖不動(dòng)的情況下改變輸入光的方位角，等同于輸入光的方位角不變而保偏光纖的雙折射軸發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，同樣會(huì)改變偏振模耦合，所以，該級(jí)聯(lián)系統(tǒng)能夠模擬實(shí)際光纖中的隨機(jī)模式耦合。同樣地，級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中的保偏光纖(PMF)會(huì)引入時(shí)延，而偏振光旋轉(zhuǎn)角度(θ1，θ2，θ3)的改變會(huì)使各段保偏光纖間的時(shí)延相增或相消，從而也能調(diào)整模擬器的總的群時(shí)延(DGD)τ。
本發(fā)明的偏振模色散模擬器中的可調(diào)光纖延時(shí)線、可調(diào)波片和由旋光器鏈接的保偏光纖級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)共同作用，能夠模擬實(shí)際光纖中的隨機(jī)雙折射和隨機(jī)模式耦合?？烧{(diào)光纖延時(shí)線、可調(diào)波片和旋光器，由微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制，通過控制算法產(chǎn)生的電信號(hào)控制它們隨機(jī)改變，來實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振模色散的模擬。
綜上所述，本發(fā)明的偏振模色散模擬器，能夠完全控制需要隨機(jī)改變的三個(gè)參量τ、θ和Δφ，從而產(chǎn)生隨機(jī)雙折射和隨機(jī)模式耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)各階偏振模色散的模擬。
通常，用PMD矢量 表示光纖鏈路中的偏振模色散，有Ω→=τ·q→]]>其中，τ=|Ω→|=Ωx2+Ωy2+Ωz2,]]>為兩個(gè)輸出偏振主態(tài)間的差分群時(shí)延； 為指向快輸出偏振主態(tài)方向的單位斯托克斯矢量。θ和Δφ決定了偏振光的偏振態(tài)， 與它們有關(guān)。通過控制改變?chǔ)群挺う?，可以改?τ由可調(diào)光纖延時(shí)線和保偏光纖級(jí)聯(lián)系統(tǒng)模擬產(chǎn)生。
如果把 與τ、θ和Δφ的關(guān)系，用函數(shù)S來表示，則有Ω→=S(τ,θ,Δφ,E→)]]>其中， 為從光纖進(jìn)入模擬器的偏振光的光矢量，其狀態(tài)決定于模擬器前的光纖鏈路，一般情況下，偏振模色散模擬器緊跟在光源后面，所以， 通常為激光器輸出的光矢量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果如下本發(fā)明的偏振模色散模擬器，功能強(qiáng)，能模擬各階偏振模色散，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制操作靈活方便，實(shí)現(xiàn)成本低等優(yōu)點(diǎn)?？捎糜诟咚俟饫w通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)、設(shè)計(jì)和測(cè)試，也可用于系統(tǒng)的PMD補(bǔ)償。具有較大的市場(chǎng)前景，能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


圖1是偏振模色散模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是偏振模色散模擬器中的基于法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的電控旋光器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1-輸入單模光纖(SMF)2-偏振光分束器(PBS)31，32-保偏光纖(PMF)4-電控可調(diào)延時(shí)為ta的光纖延時(shí)線5-偏振光合束器(PBC)6-單模光纖(SMF)7-電控可調(diào)波片(VW)81，82，83，84-保偏光纖(PMF)9-電控法拉第效應(yīng)旋光器10-保偏光纖與普通單模光纖的連接點(diǎn)11-輸出單模光纖12-微計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)13-控制信號(hào)傳輸線路圖2中91-輸入單模光纖92-輸入光纖準(zhǔn)直器93-磁光晶體94-輸出光纖準(zhǔn)直器95-輸出單模光纖96-螺旋管97-控制信號(hào)輸入線路98-控制信號(hào)輸出線路
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例示意圖如附圖1所示。偏振模色散模擬器，由偏振光分束器2、偏振光合束器5、可調(diào)光纖延時(shí)線4、可調(diào)波片7、旋光器9和微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)12等模塊組成。
激光器(LD)發(fā)出的光，通過單模光纖1輸入到偏振光分束器2分成兩個(gè)正交的偏振態(tài)A和B，偏振態(tài)為B的偏振光經(jīng)過保偏光纖31實(shí)現(xiàn)延遲時(shí)間tb后，到達(dá)偏振光合束器5，而偏振態(tài)為A的偏振光，經(jīng)保偏光纖32通過可調(diào)光纖延時(shí)線4到達(dá)偏振光合束器5，所經(jīng)歷的延遲時(shí)間為ta。所以，從偏振光合束器5輸出的兩個(gè)偏振態(tài)的光的群時(shí)延為τ＝ta-tb。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)12通過控制信號(hào)傳輸線路13控制可調(diào)光纖延時(shí)線4實(shí)現(xiàn)隨機(jī)延時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)群時(shí)延τ的控制。
從偏振光合束器5輸出的光，由單模光纖6導(dǎo)入可調(diào)波片7，可調(diào)波片7能夠通過電控改變穿過它的偏振光的兩個(gè)正交偏振模之間的相位差Δφ，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)12通過控制信號(hào)傳輸線路實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制。
從可調(diào)波片7出來的偏振光進(jìn)入由三個(gè)旋光器9鏈接的四級(jí)保偏光纖級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，通過控制旋光器9改變偏振光的旋轉(zhuǎn)角度，以實(shí)現(xiàn)方位角參量θ的控制，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)12通過控制信號(hào)傳輸線路實(shí)現(xiàn)該控制。所述旋光器9的結(jié)構(gòu)由圖2示出，由帶尾纖(輸入單模光纖91)的輸入光纖準(zhǔn)直器92、帶尾纖(輸出單模光纖95)的輸出光纖準(zhǔn)直器94、磁光晶體93和螺線管96構(gòu)成，帶尾纖的光纖準(zhǔn)直器92把輸入光纖中的光準(zhǔn)直導(dǎo)入到磁光晶體93，在螺旋管96中通過的隨機(jī)電流產(chǎn)生的外磁場(chǎng)的作用下，使磁光晶體93的介電張量發(fā)生變化，產(chǎn)生法拉第旋光效應(yīng)，從而使輸入光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，然后通過輸出光纖準(zhǔn)直器94和尾纖(輸出單模光纖95)輸出。旋光器選用的磁光晶體93為釔鐵石榴石晶體，其法拉第旋轉(zhuǎn)角度大，在近紅外波段透明，適合光纖通信窗口使用。
從保偏光纖級(jí)聯(lián)系統(tǒng)輸出的偏振光通過單模光纖11輸出。
基于以上的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的偏振模色散模擬器中的可調(diào)光纖延時(shí)線4、可調(diào)波片7和由旋光器9鏈接的保偏光纖級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)共同作用，能隨機(jī)改變?nèi)貉訒r(shí)τ、方位角θ和相位差Δφ，從而模擬實(shí)際光纖和系統(tǒng)中的隨機(jī)雙折射、隨機(jī)群延時(shí)和隨機(jī)模式耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)各階偏振模色散的模擬。
權(quán)利要求
1.一種偏振模色散模擬器，其特征在于該偏振模色散模擬器包括偏振光分束器輸入端接收來自單模光纖所傳輸?shù)腍E11模的光，然后分解成兩個(gè)正交的偏振態(tài)A和偏振態(tài)B，并分別輸出到保偏光纖；可調(diào)光纖延時(shí)線輸入端接收經(jīng)保偏光纖傳輸?shù)钠駪B(tài)為A的偏振光，并輸出到保偏光纖；偏振光合束器包括兩個(gè)輸入端，分別接收經(jīng)保偏光纖傳輸來的偏振態(tài)為B的偏振光和經(jīng)歷保偏光纖和所述可調(diào)光纖延時(shí)線的偏振態(tài)為A的偏振光，合束后輸出到單模光纖；可調(diào)波片從偏振光合束器輸出的光，由單模光纖導(dǎo)入所述可調(diào)波片，所述可調(diào)波片改變穿過它的偏振光的兩個(gè)正交偏振模之間的相位差；偏振光方位角控制裝置用于控制從所述可調(diào)波片出來的偏振光相對(duì)于本征雙折射軸的方位角；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過控制信號(hào)傳輸線路分別與所述可調(diào)光纖延時(shí)線、所述可調(diào)波片、所述偏振光方位角控制裝置連接，控制偏振光的隨機(jī)延時(shí)、兩個(gè)正交偏振模之間的相位差和偏振光相對(duì)于本征雙折射軸的方位角。
2.如權(quán)利要求1所述的偏振模色散模擬器，其特征在于，所述偏振光方位角控制裝置是由三個(gè)或三個(gè)以上的旋光器鏈接保偏光纖組成的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，所述旋光器是基于法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的，由帶尾纖的輸入、輸出光纖準(zhǔn)直器、磁光晶體和螺線管構(gòu)成，所述帶尾纖的光纖準(zhǔn)直器把輸入光纖中的光準(zhǔn)直導(dǎo)入到所述磁光晶體，在所述螺旋管中通過的隨機(jī)電流產(chǎn)生的外磁場(chǎng)的作用下，使所述磁光晶體的介電張量發(fā)生變化，產(chǎn)生法拉第旋光效應(yīng)，從而使輸入光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，然后通過所述輸出光纖準(zhǔn)直器和尾纖輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的偏振模色散模擬器，其特征在于，所述旋光器選用的磁光晶體為釔鐵石榴石晶體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種偏振模色散模擬器，技術(shù)方案為HE
文檔編號(hào)G02B6/27GK1584650SQ20041000919
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者全海峰, 殷洪璽, 吳德明, 徐安士 申請(qǐng)人:北京大學(xué)