CN100374843C - 偏振模式色散测量器件和方法 - Google Patents

Abstract

一种偏振模式色散测量器件减小了测量偏振模式色散τ_PMD所需的时间。一个偏振控制器(12)允许一个第一(第二)入射光以一个偏振分离器(16)中的一个p偏振轴线(s偏振轴线)将一个合成入射光施加到一个被测的目标(30)上。因此，当被测目标(30)的传递函数矩阵为2×2的矩阵时，由一个第一测量单元(20a)(第二测量单元20b)所测量到的在偏振分离器(16)输出中的第一入射光分量(第二入射光分量)的相移等效值(光角频率的导数)和幅值等效值(平方值)分别是第一列T₁₁，T₂₁(第二列T₁₁，T₂₁)的相移等效值和幅值等效值，从而允许控制单元(2)能够确定被测目标(30)的偏振模式色散τ_PMD。由于不再需要切换偏振控制器(12)输出光的方位设置，使之保持固定的设置，所以就能够缩短测量偏振模式色散τ_PMD所需的时间。

Description

偏振模式色散测量器件和方法

技术领域

本发明涉及适用于光通讯的光纤和光学部件的偏振模式色散的测量。

技术背景

光纤的偏振模式色散的测量已经按照常规进行着。例如，日本专利特许公告(kokai)No.H09-264814讨论了一种适用于光纤的偏振模式色散测量器件。参考图3，现在讨论适用于测量根据日本专利特许公告(kokai)No.H09-264814的光纤的偏振模式色散的器件。

首先，一种被测光纤104的偏振模式色散τ_PMD是由下列公式(1)所定义：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{PMD}}=2\sqrt{{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}^2+{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_1}^2{\cos }^2\mathrm{\θ}+{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_2}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}---\left(1\right)$

式中：θ是偏振角度，ψ₁是以垂直于光线传输方向的平面上的某一方向上的相移，ψ₂是正交于ψ₁方向上的相移。在这种情况下，被测光纤104的传递函数矩阵[T]是由下列公式(2)所定义：

$\left[T\left(\mathrm{\ω}\right)\right]=\left[\begin{array}{cc}\left|T_{11}\right|e^{-j{\mathrm{\φ}}_{11}}& \left|T_{12}\right|e^{-j{\mathrm{\φ}}_{12}}\\ \left|T_{21}\right|e^{-j{\mathrm{\φ}}_{21}}& \left|T_{22}\right|e^{-j{\mathrm{\φ}}_{22}}\end{array}\right]---\left(2\right)$

式中：[Tij]是各个矩阵元素的幅值，φij是各个矩阵元素的相移，并且两者都是光学角频率ω的函数。于是，在公式(1)中的参数θ，ψ₁和ψ₂都可分别由下列公式(3)，(4)和(5)获得：

θ(ω)＝0.5cos^·1(|T₁₁|²-|T₂₁|²)…(3)

ψ₁(ω)＝(φ₁₁-φ₂₂)/2…(4)

ψ₂(ω)＝(φ₂₁-φ₁₂+π)/2…(5)

因此，就可以通过获得被测光纤104的传递函数矩阵[T]来获得被测光纤的偏振模式色散τ_PMD。

现在，参考图3来讨论如何获得被测光纤104的传递函数矩阵[T]。首先，一个控制单元109产生一个偏振控制器103的输出光，作为沿着一个入射被测光纤104的偏振光束分束镜105的p方向的线性偏振波。在这种情况下，被测光纤104输出的光可由下列公式(6)表示。

以上所讨论的输出光可以由偏振束分束镜105分离成一个s偏振分量和一个p偏振分量，这些分量分别入射到O/E变换器106₁和106₂，并且O/E变换器106₁和106₂分别测量：

|T₁₁|e^-jφ11，|T₂₁|e^-jφ21

在上述测量之后，控制单元109就将偏振控制器103的输出光旋转90度，并且使得该光成为一个与入射被测光纤104的偏振束分束镜105的s方向相一致的线性偏振波。在这种情况下，被测光纤104输出的光束可以由下列公式(7)表示。

以上所讨论的输出光可以由偏振束分束镜105分离成一个s偏振分量和一个p偏振分量，这些分量分别入射到O/E变换器106₁和106₂，并且O/E变换器106₁和106₂分别测量：

|T₁₂|e^-jφ12，|T₂₂|e^-jφ22

网络分析仪107从以上所测量的各个参数以及公式(3)、(4)和(5)获得参数θ，ψ₁和ψ₂。应该注意的是，网络分析仪107通过一个放大器108来控制在光强调制器102中的强度调制比率。

随后，进行以上所讨论的测量，并同时扫描波长可变光源101的输出波长，从而从各个测量结果中获得θ(ω)，ψ₁(ω)和ψ₂(ω)。之后，控制单元109就可以从公式(1)中获得偏振模式色散τ_PMD。

然而，在以上所讨论的方法中，必须使得控制单元109能够将偏振控制器103的输出光方向变换到偏振束分束镜105的p方向或s方向。必需将偏振控制器103输出光的方向变换到波长可变光源101所扫描的各个波长。因此，要测量偏振模式色散τ_PMD就需要化较长的时间周期。

就此而言，本发明的一个目的是提供一种偏振模式色散测量等器件，并且使用该器件可以减小测量偏振模式色散τ_PMD所需的时间周期。

发明内容

正如权利要求1所述，根据本发明，一种适用于测量被测器件的偏振模式色散的偏振模式色散测量器件包括：一个偏振分离单元，它用于接受被测器件所发射出的光，将所接受到的光分离成p偏振光和s偏振光，并且输出p偏振光和s偏振光；一个光发生单元，它用于产生第一入射光和第二入射光且这两束光具有共同的波长；一个第一光调制器单元，它以第一强度调制频率对第一入射光进行强度调制并发射经调制的光；一个第二光调制单元，它以不同于第一强度调制频率的第二强度调制频率对第二入射光进行强度调制，并且发射经调制的光；一个偏振组合单元，它用于组合已经应用过强度调制的第一入射光和第二入射光，并且发射出所组合的入射光；一个光输入单元，它用于将所组合的入射光入射到被测器件中，其中第一入射光是沿着偏振分离单元的一个p偏振轴线的，而第二入射光是沿着偏振分离单元的一个s偏振轴线的；一个第一测量单元，它用于测量在偏振分离单元输出中的第一入射光的一个分量的相移等效值；一个第二测量单元，它用于测量在偏振分离单元输出中的第二入射光的一个分量的相移等效值；以及一个偏振模式色散测量单元，它基于第一测量单元和第二测量单元的测量结果来测量一个被测器件的偏振模式色散。

根据以上讨论所构成的偏振模式色散测量器件，光输入装置使得组合的入射光入射被测器件，这时，第一入射光是沿着偏振分离装置的p偏振轴线的。因此，在被测器件的传递函数矩阵为2×2的情况下，由第一测量装置所测量到的偏振分离装置输出中的第一入射光分量的相移等效值是在传递函数矩阵中的第一列上的相移等效值。

另外，光输入装置使得组合的入射光能入射至被测器件，这时，第二入射光是沿着偏振分离装置的s偏振轴线的。因此，在被测器件的传递函数矩阵为2×2的情况下，由第二测量装置所测量到的偏振分离装置输出中的第二入射光分量的相移等效值是在传递函数矩阵中的第二列上的相移等效值。

于是，就有可能使用第一测量装置和第二测量装置来获得被测器件传递函数矩阵的各个元素的相移等效值。随后，就可以从被测器件的传递函数矩阵的各个元素的相移等效值中获得两个正交相移分量中的一个差值分量φ(ω)和一个同相分量ψ(ω)。进而，就可以基于φ(ω)和ψ(ω)获得被测器件的偏振模式色散。

在这种情况下，就不再需要切换光输入装置所发射出的光的方向的设置，并且可以保持固定的设置。因此，就有可能提供一个能够减小测量偏振模式色散τ_PMD所需的时间周期的偏振模式色散测量器件。

如权利要求2所述的本发明，是根据权利要求1所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于，可通过相移对光角频率的求导分来获得相移等效值。

如权利要求3所述的本发明，是根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于，第一入射光和第二入射光的波长是可变的，并且第一测量单元还测量在偏振分离单元输出中的第一入射光分量的幅值等效值。

根据上述讨论所构成的偏置模式色散测量器件，第一测量装置还测量在偏置分离装置输出中的第一入射光分量的幅值等效值。于是，就可以基于第一入射光分量的幅值等效值，以及第一入射光和第二入射光的波长来获得由被测器件所发射出光的偏振角。

如权利要求4所述的本发明，是根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于，第一入射光和第二入射光的波长是可变的，并且第二测量单元还测量在偏振分量单元输出中的第二入射光分量的幅值等效值。

如权利要求5所述的本发明，是根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于，第一入射光和第二入射光的波长是可变的，其中，第一测量装置还测量在偏置分离单元输出中的第一入射光分量的幅值等效值，以及第二测量单元测量在偏振分离单元输出中的第二入射光分量的幅值等效值。

根据上述讨论所构成的偏置模式色散测量器件，就可以基于第一入射光分量的幅值等效值，以及第一入射光和第二入射光的波长来测量由被测器件所发射出光的偏振角。此外，可以基于第二入射光分量的幅值等效值，以及第一入射光和第二入射光的波长来测量由被测器件所发射出光的偏振角。因此，例如，就有可能通过平均基于第一入射光的幅值等效值所获得的偏振角，以及通过平均基于第二入射光的幅值等效值所获得的偏振角，来提高偏振的测量精度。如权利要求6所述的本发明，是根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于，偏振模式色散测量单元基于第一测量单元和第二测量单元的测量结果来测量被测器件的一群延迟。

被测器件的群延迟可以基于被测器件传递函数矩阵的各个元素的相移对光角频率的求导所获得的导数来测量的。

如权利要求7所述的本发明，是根据权利要求3-6中之一所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于，所述幅值等效值是幅值的平方根。

如权利要求8所述的本发明，是根据权利要求1-7中之一所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于，所述光发生单元包括：一个信号光源；一个光分配单元，它可用于通过分配由光源所发生的光来产生第一入射光和第二入射光。

如权利要求9所述的本发明，是根据权利要求1-7中之一所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于，还包括：一个第一光/电变换单元，它用于将光/电变换应用于偏振分离单元输出中的p偏振分量，并且向第一测量单元和第二测量单元输出所变换的p偏振分量；以及一个第二光/电变换单元，它用于将光/电变换应用于偏振分离单元输出中的s偏振分量，并且向第一测量单元和第二测量单元输出所变换的s偏振分量。

如权利要求10所述的本发明，一种用于测量被测器件的偏振模式色散的偏振模式色散测量方法，该方法包括：一个偏振分离步骤，用于接受被测器件所发射出的光；并将所接受到的光分离成p偏振光和s偏振光；一个光发生步骤，用于产生第一入射光和第二入射光且各自具有一个相同的波长；一个第一光调制步骤，用于以第一强度调制频率对第一入射光进行强度调制，并且发射出调制的光；一个第二光调制步骤，用于以不同于第一强度调制频率的第二强度调制频率对第二入射光进行强度调制，并且发射出经调制的光；一个偏振组合步骤，用于组合已经进行过强度调制的第一入射光和第二入射光，并且发射出所组合的入射光；一个光输入步骤，用于使得所组合的入射光入射到被测器件，其中，第一入射光是沿着在偏振分离步骤中的p偏振轴线，而第二入射光是沿着在偏振分离步骤中的s偏振轴线；一个第一测量步骤，用于测量在偏振分离步骤的输出中的第一入射光分量的相移等效值；一个第二测量步骤，用于测量在偏振分离步骤的输出中的第二入射光分量的相移等效值；以及一个偏振模式色散测量步骤，用于基于第一测量步骤和第二测量步骤中的测量结果来测量被测器件的偏振模式色散。

如权利要求11所述的本发明，是一种计算机可读媒介，它可具有用于计算机执行的指令程序以执行由偏振模式色散测量器件对被测器件偏振模式色散测量处理，其中偏振模式色散测量器件具有：一个偏振分离单元，它用于接受被测器件所发射出的光，将所接受到的光分离成p偏振光和s偏振光，并且输出p偏振光和s偏振光；一个光发生单元，它用于产生第一入射光和第二入射光且这两束光具有共同的波长；一个第一光调制器单元，它以第一强度调制频率对第一入射光进行强度调制并发射经调制的光；一个第二光调制单元，它以不同于第一强度调制频率的第二强度调制频率对第二入射光进行强度调制，并且发射出经调制的光；一个偏振组合单元，它用于组合已经应用过强度调制的第一入射光和第二入射光，并且发射出所组合的入射光；一个光输入单元，它用于将所组合的入射光入射到被测器件中，其中第一入射光是沿着偏振分离单元的一个p偏振轴线的，而第二入射光是沿着偏振分离单元的一个s偏振轴线的；一个第一测量单元，它用于测量在偏振分离单元输出中的第一入射光的一个分量的相移等效值；一个第二测量单元，它用于测量在偏振分离单元输出中的第二入射光的一个分量的相移等效值；该处理包括一个偏振模式色散测量步骤，它基于第一测量单元和第二测量单元的测量结果来测量一个被测器件的偏振模式色散。

附图简要描述

图1是显示根据本发明一个实施例的一个偏振模式色散测量器件结构的方框图。

图2是显示根据本发明实施例的偏振模式色散测量器件的操作的流程图。

图3是显示测量根据日本专利特许公告(kokai)No.H 09-264814的光纤偏振模式色散的器件的方框图。

具体实施方式

现在参考附图来讨论本发明的实施例。

图1是显示根据本发明一个实施例的一个偏振模式色散测量器件结构的方框图。根据本发明实施例的偏振模式色散测量器件是试图获得被测器件(DNT)30的偏振模式色散τ_PMD。根据本发明实施例的偏振模式色散测量器件具有：一个控制单元(偏振模式色散测量装置)2，一个波长可变的光源4，一个光分配单元6，一个第一光调制单元8a，一个第二光调制单元8b，一个偏振组合器10，一个偏振控制器(光输入装置)12，一个偏振分离器16，一个第一光/电(O/E)变换器18a，一个第二光/电(O/E)变换器18b，一个第一测量单元20a，一个第二测量单元20b，以及放大器22a和22b。

控制单元2控制着波长可变光源4和偏振控制器12。另外，控制单元20也作为一个偏振模式色散测量部件使用，用于基于第一测量单元20a和第二测量单元20b的测量结果来获得被测器件30的偏振模式色散τ_PMD。同样，控制单元20可以获得被测器件30的群延迟τ。

波长可变光源4产生光，同时在控制单元2的控制下改变器波长。应该注意的是，光的角频率ω＝2πf＝2πc/λ式中：c是光速，λ是光的波长。因此，改变波长λ对应于改变光的角频率ω。

光分配单元6将波长可变光源4所发射出的光分配，且分别向第一光调制单元8a发射第一入射光，以及向第二光调制单元8b发射第二入射光。应该注意的是，由于第一入射光和第二入射光都是由波长可变光源4所发射的，它们可具有相同的波长。因此，它们也具有相同的光角频率ω。波长可变光源4和光分配单元6对应于光发生装置。

第一光调制单元8a对第一入射光进行强度调制。一般来说，对第一入射光进行强度调制，使之强度变成为具有固定第一强度调制频率fm 1的正弦波，第一强度调制频率fm 1接近于几个GHz，并且发射至偏振组合器10。

第二光调制单元8b对第二入射光进行强度调制。一般来说，对第二入射光进行强度调制，使之强度变成为具有固定第二强度调制频率fm 2的正弦波，第二强度调制频率fm 2接近于几个GHz，并且发射至偏振组合器10。应该注意的是，第二强度调制频率fm 2不同于第一强度调制频率fm 1。

偏振组合器10组合第一调制单元8a的发射光和第二调制单元8b的发射光，并且发射出组合的入射光。

偏振控制器(光输入装置)12根据控制单元2的控制来控制组合入射光的偏振状态。亦即，第一入射光是沿着偏振分离器16的p偏振轴线的，而第二入射光是沿着偏振分离器16的s偏振轴线的。于是，受控制的偏振状态的组合入射光可入射到被测器件30。

当组合入射光可入射到被测器件30时，组合入射光就能通过被测器件30。偏振分离器16能够接受通过被测器件30的光，即，从被测器件所发射出的光，已经将光分离成了p偏振光和s偏振光，并且输出所偏振的光。

第一光/电(O/E)变换器18a对在偏振分离器16输出中的p偏振分量进行光/电变换，并将变换后的分量输出至第一测量单元20a和第二测量单元20b。第二光/电(O/E)变换器18b对在偏振分离器16输出中的s偏振分量进行光/电变换，并将变换后的分量输出至第一测量单元20a和第二测量单元20b。

第一测量单元20a测量在偏振分离器16输出中的第一入射光分量的相移等效值和幅值等效值。相移等效值是一个对应于相移的数值。尽管相移等效值本身就可以是一个相移，但是，例如，相移对光角频率的求导所获得的数值则是相移的等效值。幅值等效值是一个对应于幅值的数值。尽管幅值等效值本身就可以是一个幅值，但是，例如，通过幅值的平方根所获得数值则是幅值等效值。

另外，第一测量单元20a控制了在第一光调制单元8a中通过放大器22a的强度调制比率。应该注意的是，为了能获得一个精确的偏振模式色散τ_PMD，第一测量单元20a预先存储着用于波长可变光源4的没有通过被测器件30的各个波长的输出光的s偏振分量和p偏振分量的数值，并且基于这些所存储的数值来校正第一光/电(O/E)变换器18a和第二光/电(O/E)变换器18b的输出数值，从而提高测量的精度。

第二测量单元20b测量在偏振分离器16输出中的第二入射光分量的相移等效值和幅值等效值。相移等效值是一个对应于相移的数值。例如，相移对光角频率的求导所获得的数值是相移的等效值。幅值等效值是一个对应于幅值的数值。例如，通过幅值的平方所获得数值则是幅值等效值。

另外，第二测量单元20b控制了在第二光调制单元8b中通过放大器22b的强度调制比率。应该注意的是，为了能获得一个精确的偏振模式色散τ_PMD，第二测量单元20b预先存储着适用于波长可变光源4没有通过被测器件30的各个波长的输出光的s偏振分量和p偏振分量的数值，并且基于这些所存储的数值来校正第一光/电(O/E)变换器18a和第二光/电(O/E)变换器18b的输出数值，从而提高测量的精度。

现在参考图2所示流程图来讨论根据本发明实施例的偏振模式色散测量器件的操作。

首先，将波长可变光源4所输出光的光角频率设置为ω(S10)。参考图1，波长可变光源4发射出具有角频率为ω的光。该光由光分配单元6分配成第一入射光和第二入射光。由第一光调制单元8a对第一入射光进行采用具有第一强度调制频率fm 1的强度调制，并发射至偏振组合器10。由第二光调制单元8b对第二入射光进行采用具有第二强度调制频率fm 2的强度调制，并发射至偏振组合器10。

偏振组合器10将已经经过强度调制的第一入射光和第二入射光进行组合，并且发射经组合的入射光。作为组合的入射光，分别在偏振控制器(光输入装置)12的控制下，第一入射光是沿着在偏振分离器16中的p偏振轴线的，而第二入射光是沿着在偏振分离器16中的s偏振轴线的。于是，组合的入射光可入射到被测器件30。

已经通过了被测器件30的组合入射光可以由偏振分离器16分离成p偏振光和s偏振光。由偏振分离器16所输出的p偏振分量通过第一光/电(O/E)变换器18a进行光/电变换，并且输出至第一测量单元20a和第二测量单元20b。由偏振分离器16输出的s偏振分量通过第二光/电(O/E)变换器18b进行光/电变换，并且输出至第一测量单元20a和第二测量单元20b。

第一测量单元20a和第二测量单元20b基于第一光/电(O/E)变换器18a和第二光/电(O/E)变换器18b的输出来获得第一入射光分量(称之为“fm1分量”)和第二入射光分量(称之为“fm2分量”)的相移等效值和幅值等效值(S12)(见图2)。

现在讨论如何获得相移等效值和如何获得幅值等效值(S12)。

首先，被测器件30的传递函数矩阵[T]可由下列公式(10)来定义：

$\left[T\left(\mathrm{\ω}\right)\right]=\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)& T_{12}\left(\mathrm{\ω}\right)\\ T_{21}\left(\mathrm{\ω}\right)& T_{22}\left(\mathrm{\ω}\right)\end{array}\right]---\left(10\right)$

应该注意的是，传递函数矩阵[T]中各个元素都可以由下列公司(11)来表示：

$T_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)=\cos \mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j^{(\mathrm{\Φ}+\mathrm{\φ}+\mathrm{\ψ})}}=\cos \mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j{\mathrm{\Φ}}_{11}}$

$T_{12}\left(\mathrm{\ω}\right)=-\sin \mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j^{(\mathrm{\Φ}+\mathrm{\φ}-\mathrm{\ψ})}}=-\sin \mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j{\mathrm{\Φ}}_{12}}$ (11)

$T_{21}\left(\mathrm{\ω}\right)=\sin \mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j^{(\mathrm{\Φ}-\mathrm{\φ}+\mathrm{\ψ})}}=\sin \mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j^{{\mathrm{\Φ}}_{21}}}$

$T_{22}\left(\mathrm{\ω}\right)=\cos \mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j^{(\mathrm{\Φ}-\mathrm{\φ}-\mathrm{\ψ})}}=\cos \mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j{\mathrm{\Φ}}_{22}}$

式中：φ(ω)是两个正交相移分量ψ₁(ω)和ψ₂(ω)的差值分量，以及ψ(ω)是两个正交相移分量ψ₁(ω)和ψ₂(ω)的同相分量。应该注意的是，ψ₁(ω)是在垂直于光的传播方向的平面上的某个方向上的相移，而ψ₂(ω)是与ψ₁(ω)正交方向上的相移。特别是，φ(ω)＝(ψ₁(ω)-ψ₂(ω))/2，而ψ(ω)＝((ω)+ψ₂(ω))/2。另外，Θ(ω)是由被测器件30所发射出的光的偏振角。

在这种情况下，作为组合入射光的偏振状态，第一入射光是沿着偏振分离器16的p偏振轴线的。因此，偏振分离器16所输出的fm 1分量可以由下述公式(12)来表示：

fm 1成分

由第一测量单元20a来测量fm 1分量的输出。对应于T₁₁(ω)的光通过第一光/电(O/E)变换器18a输入至第一测量单元20a。另外，对应于T₂₁(ω)的光通过第二光/电(O/E)变换器18b输入至第一测量单元20a。因此，第一测量单元20a可以测量分别对应于T₁₁(ω)和T₂₁(ω)的相移Φ₁₁和Φ₂₁，从而可以分别由相移Φ₁₁和Φ₂₁对光角频率ω的求导来获得该数值，并且该数值分别对应于幅值|T₁₁(ω)|和|T₂₁(ω)|，从而可以由幅值|T₁₁(ω)|和|T₂₁(ω)|的平方来获得该数值。亦即，第一测量单元20a可以对被测器件30的传递函数矩阵的第一列测量相移等效值和幅值等效值。

另外，作为组合入射光的偏振状态，第二入射光是沿着偏振分离器16的s偏振轴线的。因此，偏振分离器16所输出的fm 2分量可以由公式(13)来表示：

fm 2成分

由第二测量单元20b来测量fm 2分量的输出。因此，对应于T₁₂(ω)的光通过第一光/电(O/E)变换器18a输入至第二测量单元20b。另外，对应于T₂₂(ω)的光通过第二光/电(O/E)变换器18b输入至第二测量单元20b。因此，第二测量单元20b可以测量分别对应于T₁₂(ω)和T₂₂(ω)的相移Φ₁₂和Φ₂₂，从而可以分别由相移Φ₁₂和Φ₂₂对光角频率ω求导获得该数值，并且该数值分别对应于幅值|T₁₂(ω)|和|T₂₂(ω)|，从而可以由幅值|T₁₂(ω)|和|T₂₂(ω)|的平方来获得该数值。亦即，第二测量单元20b可以对被测器件30的传递函数矩阵的第二列测量相移等效值和幅值等效值。

因此，可以测量被测器件30的相移Φ₁₁、Φ₂₁、Φ₁₂和Φ₂₂(通过求相移对光角频率ω的求导获得该数值)的等效值，以及|T₁₁(ω)|、|T₂₁(ω)|、|T₁₂(ω)|和|T₂₂(ω)|(通过幅值的平方获得该数值)的等效值。

于是，控制单元2就根据被测器件30的相移Φ₁₁、Φ₂₁、Φ₁₂和Φ₂₂(通过求相移对光角频率ω的求导获得该数值)的等效值获得φ(ω)和ψ(ω)(S14)。

首先，可以通过求相移Φ₁₁、Φ₂₁、Φ₁₂和Φ₂₂对光角频率的求导获得群延迟。该群延迟可以由下列公式(14)来表示：

${\mathrm{\τ}}_{11}=\frac{d{\mathrm{\Φ}}_{11}}{\mathrm{d\ω}}={\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{11}=\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}+\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}+\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}$

${\mathrm{\τ}}_{12}=\frac{d{\mathrm{\Φ}}_{12}}{\mathrm{d\ω}}={\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{12}=\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}+\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}-\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}$

${\mathrm{\τ}}_{21}=\frac{d{\mathrm{\Φ}}_{21}}{\mathrm{d\ω}}={\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{21}=\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}-\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}+\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}---\left(14\right)$

${\mathrm{\τ}}_{22}=\frac{d{\mathrm{\Φ}}_{22}}{\mathrm{d\ω}}={\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}}_{22}=\stackrel{\·}{\mathrm{\Φ}}-\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}-\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}$

当对(ω)和ψ(ω)应用泰勒级数展开且随后采用一阶近似时，其结果可由下列公式(15)来表示：

φ(ω)＝φ₀+β₁(ω-ω₀)，ψ(ω)＝ψ₀+γ₁(ω-ω₀)…(15)

式中：β₁是由(ω)对ω求导获得的，而γ₁是由ψ(ω)对ω求导获得的。因此，β₁和γ₁可以由下列公式(16)获得：

${\mathrm{\β}}_1=\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}=\frac{1}{4}({\mathrm{\τ}}_{11}-{\mathrm{\τ}}_{22}-{\mathrm{\τ}}_{21}+{\mathrm{\τ}}_{12})---\left(16\right)$

${\mathrm{\γ}}_1=\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}=\frac{1}{4}({\mathrm{\τ}}_{11}-{\mathrm{\τ}}_{22}+{\mathrm{\τ}}_{21}-{\mathrm{\τ}}_{12})$

当已经获得的β₁和γ₁时，就可以通过向公式(15)分配β₁和γ₁来获得(ω)和ψ(ω)。

随后，控制单元2控制波长可变光源4，以增加光角频率Δω(S16)。在这种情况下，光的角频率为ω+Δω。随后，就可以获得fm 1分量和fm 2分量的幅值(S18)。测量幅值的方法类似于光角频率为ω时的幅值测量(S12)。

于是，控制单元2使用光角频率为ω时的幅值以及光角频率为ω+Δω时的幅值来测量Θ(ω)(S20)。应该注意的是，Θ(ω)是被测器件30发射出的光的偏振角度。

首先，使用第一测量单元20a所获得的|T₁₁(ω)|和|T₂₁(ω)|(通过幅值的平方获得的值)的等效值来获得Θ(ω)，正如下列公式(17)所示：

Θ(ω)＝0.5cos^·1(|T₁₁(ω)|²-|T₂₁(ω)|²)…(17)

另外，使用|T₁₁(ω+Δω)|和|T₂₁(ω+Δω)|(通过幅值的平方获得的值)的等效值可以获得Θ(ω+Δω)，正如下列公式(18)所示：

Θ(ω+Δω)＝0.5cos^·1(|T₁₁(ω+Δω)|²-|T₂₁(ω+Δω)|²)…(18)

在对Θ(ω)应用泰勒级数展开且随后采用一阶近似时，其结果可由下列公式(19)来表示：

Θ(ω)＝Θ₀+α₁(ω-ω₀)…(19)

因此，可采用下列公式(20)来获得α₁：

α₁＝(Θ(ω+Δω)-Θ(ω))/((ω+Δω)-ω)…(20)

通过将α₁代入公式(19)就可获得Θ(ω)。亦即，根据幅值|T₁₁(ω)|和|T₂₁(ω)|(通过幅值的平方获得的数值)以及诸如ω+Δω和ω的光角频率的等效值就可以获得Θ(ω)。应该注意的是，由于光角频率与波长具有一个恒定的关系，所以可以根据幅值等效值和波长获得Θ(ω)。

于是，可以使用由第二测量单元20b所获得的|T₁₂(ω)|和|T₂₂(ω)|(通过幅值的平方获得的数值)的等效值获得Θ(ω)，正如下列公式(21)所示：

Θ(ω)＝0.5cos^·1(|T₁₂(ω)|²-|T₂₂(ω)|²)…(21)

另外，使用|T₁₂(ω+Δω)|和|T₂₂(ω+Δω)|(通过幅值的平方根获得的数值)的等效值可以获得Θ(ω+Δω)，正如下列公式(22)所示：

Θ(ω+Δω)＝0.5cos^·1(|T₁₂(ω+Δω)|²-|T₂₂(ω+Δω)|²)…(22)

然后，可采用下列公式(20)来获得α₁。通过将α₁代入公式(19)就可获得Θ(ω)。亦即，根据幅值|T₁₂(ω)|和|T₂₂(ω)|(通过幅值的平方根获得的数值)以及诸如ω+Δω和ω的光角频率的等效值就可以获得Θ(ω)。应该注意的是，由于光角频率与波长具有一个恒定的关系，所以可以根据幅值等效值(通过幅值的平方获得的值)和波长获得Θ(ω)。

这样，通过第一测量单元20a所获得的|T₁₁(ω)|和|T₂₁(ω)|(通过幅值的平方获得的数值)的等效值可以获得Θ(ω)，以及，通过第二测量单元20b所获得的|T₁₂(ω)|和|T₂₂(ω)|(通过幅值的平方获得的数值)的等效值可以获得Θ(ω)。

随后，控制单元2通过平均，例如，根据对|T₁₁(ω)|和|T₂₁(ω)|取平方所获得数值的而获得的Θ(ω)，以及根据对|T₁₂(ω)|和|T₂₂(ω)|取平方所获得数值的而获得的Θ(ω)，来提高测量的精度。接着，该过程返回至fm 1分量和fm 2分量的相移等效值的测量(S12)，以及fm 1和fm 2分量的幅值等效值的测量。应该注意的是，由于在步骤S18已经获得了光角频率ω+Δω的幅值等效值，所以可以省略在S12中的幅值等效值的测量。于是，控制单元2可以根据公式(23)使用Θ(ω)，(ω)和ψ(ω)泰勒级数展开的第一阶系数α₁，β₁和γ₁获得被测器件30的偏振模式色散τ_PMD(S24)。

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{PMD}}=2\sqrt{{{\mathrm{\α}}_1}^2+{{\mathrm{\β}}_1}^2+{{\mathrm{\γ}}_1}^2+2{\mathrm{\β}}_1{\mathrm{\γ}}_1\cos 2\mathrm{\Θ}}---\left(23\right)$

如果需要的话，控制单元2可以获得被测器件的群延迟τ，正如下列公式(24)的讨论。应该注意的是，可以使用(a)，(b)和(c)中的任何一个

$\mathrm{\τ}=\mathrm{\Φ}$

$=\frac{1}{2}({\mathrm{\τ}}_{11}+{\mathrm{\τ}}_{22})---\left(a\right)$

$=\frac{1}{2}({\mathrm{\τ}}_{21}+{\mathrm{\τ}}_{12})---\left(b\right)\left(24\right)$

$=\frac{1}{4}({\mathrm{\τ}}_{11}+{\mathrm{\τ}}_{22}+{\mathrm{\τ}}_{21}+{\mathrm{\τ}}_{12})---\left(c\right)$

于是，可以通过在任意时间上关闭电源来中止该过程(S30)。

根据本发明的实施例，偏振控制器(光输入装置)12使得第一入射光沿着偏振分离器16的p偏振轴线，并且使得组合入射光入射至被测器件30。因此，当被测器件的传递函数矩阵为2×2的矩阵时，由第一测量单元20a所测量到的在偏振分离器16输出中的第一入射光的相移等效值和幅值等效值都是分别对应于在第一列中的T₁₁和T₂₁的相移Φ₁₁和Φ₂₁的数值(例如，分别由相移Φ₁₁和Φ₂₁与光角频率ω的求导所获得的数值)以及对应于幅值|T₁₁(ω)|和|T₂₁(ω)|的数值(例如，通过|T₁₁(ω)|和|T₂₁(ω)|的平方所获得的数值)。

另外，偏振控制器(光输入装置)12使得第二入射光沿着偏振分离器16的s偏振轴线并且使得组合入射光入射至被测器件30。因此，当被测器件的传递函数矩阵为2×2矩阵时，由第二测量单元20b所测量的偏振分离器16输出中的第二入射光分量的相移和幅值都是分别对应于在第二列中的T₁₂和T₂₂的相移Φ₁₂和Φ₂₂的数值(例如，分别由相移Φ₁₁和Φ₂₁对光角频率ω的求导所获得的数值)以及对应于幅值|T₁₂(ω)|和|T₂₂(ω)|的数值(例如，通过|T₁₂(ω)|和|T₂₂(ω)|的平方所获得的数值)。

从而，可由第一测量单元20a和第二测量单元20b来获得被测器件30的传递函数矩阵的各个元素的相移等效值和幅值等效值。有可能从被测器件30的传递函数矩阵的各个元素的相移等效值获得两个正交相移分量的差值分量φ(ω)和同相分量ψ(ω)。另外，有可能从被测器件30的传递函数矩阵的各个元素的幅值等效值获得偏振角Φ(ω)。

此外，有可能使用Φ(ω)，φ(ω)和ψ(ω)泰勒级数展开的第一阶系数α₁，β₁和γ₁获得被测器件30的偏振模式色散τ_PMD。

在这种情况下，就不再需要切换用于偏振控制器(光输入装置)12发射出的光方向的设置，并且可以保持固定的设置。因此，就有可能提供一个能够减小测量偏振模式色散τ_PMD所需时间周期的偏振模式色散测量器件。

此外，有可能根据第一入射光分量的幅值等效值，以及第一入射光和第二入射光的波长(光角频率)来测量被测器件的偏振角Φ(ω)。另外，有可能根据第二入射光分量的幅值等效值，以及第一入射光和第二入射光的波长来测量被测器件30的偏振角Φ(ω)。因此，有可能通过平均，例如，基于第一入射光分量的幅值等效值所获得偏振角以及基于第一入射光分量的幅值等效值所获得偏振角，来提高偏振角Φ(ω)的测量精度。

另外，以上所讨论的实施例可以下列方式来实现。一台计算机包括：一个CPU，一个硬盘，以及一个媒体(例如，一个软盘和一个CD-ROM)阅读器，并且该媒体阅读器可以阅读记录程序的媒体，所记录的程序实现了上述各个部分，特别是，实现诸如在控制单元2中的α₁，β₁和γ₁各种参数的计算，从而将程序安装于硬盘。该方法可以实现以上所讨论的功能。

根据本发明，光输入装置使得组合入射光能够入射到被测器件，在这种情况下第一入射光是沿着在偏振分离装置中的p偏振轴线的。因此，当被测器件的传递函数矩阵为2×2的矩阵时，由第一测量装置测量到的在偏振分离装置输出中的第一入射光分量的相移等效值是第一列的相移等效值。

##

因此，有可能使用第一测量装置和第二测量装置来获得被测器件的传递函数矩阵的各个元素的相移等效值。有可能从被测器件的传递函数矩阵的各个元素的相移等效值来获得两个正交相移分量的差值分量φ(ω)和同相分量ψ(ω)。另外，有可能根据φ(ω)和ψ(ω)来获得被测器件的偏振模式色散。

在这种情况下，就不再需要切换用于光输入装置所发射出的光方向的设置，并且保持着固定的设置。从而，就有可能提供一个能够减小测量偏振模式色散τ_PMD所需时间周期的偏振模式色散测量器件。

Claims (12)

1.一种用于测量一个被测器件的偏振模式色散的偏振模式色散测量器件，它包括：

一个光发生单元，它用于产生第一入射光和第二入射光且这两束光具有共同的波长；

一个第一光调制器装置，它以第一强度调制频率对所述第一入射光进行强度调制，并且发射出经调制的光；

一个第二光调制装置，它以不同于第一强度调制频率的第二强度调制频率对第二入射光进行强度调制，并且发射出经调制的光；

一个偏振组合单元，它用于组合已经应用过强度调制的所述第一入射光和所述第二入射光，并且发射出所组合的入射光；

一个偏振控制装置，它用于控制所组合入射光的偏振状态并使所述组合入射光到达所述被测器件；

一个偏振分离装置，它用于接收从所述被测器件发射的光，将所述接收的光分离成p偏振光和s偏振光，并且输出所述p偏振光和s偏振光；

一个第一测量装置，它用于测量在所述偏振分离装置输出中的所述第一入射光的一个分量的相移等效值；

一个第二测量装置，它用于测量在所述偏振分离装置输出中的所述第二入射光的一个分量的相移等效值；以及，

一个偏振模式色散测量装置，它基于所述第一测量装置和所述第二测量装置的测量结果来测量所述被测器件的一个偏振模式色散，

其中，所述偏振控制装置控制所述组合入射光的偏振状态，从而所述第一入射光是沿着所述偏振分离装置的一个p偏振轴线的，而所述第二入射光是沿着所述偏振分离装置的一个s偏振轴线的。

2.根据权利要求1所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于，所述相移等效值是通过相对光角频率的求导而获得。

3.根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于：

所述第一入射光和所述第二入射光的波长是可变的，以及，

所述第一测量装置还可测量在所述偏振分离装置输出中的所述第一入射光分量的幅值等效值。

4.根据权利要求3所述的偏振模式色散测量装置，其特征在于：所述幅值等效值是一个幅值的平方。

5.根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于：

所述第一入射光和所述第二入射光的波长是可变的，以及，

所述第二测量装置还可测量在所述偏振分离装置输出中的所述第二入射光分量的幅值等效值。

6.根据权利要求5所述的偏振模式色散测量装置，其特征在于：所述幅值等效值是一个幅值的平方。

7.根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于：

所述第一入射光和所述第二入射光的波长是可变的，

所述第一测量装置还可测量在所述偏振分离装置输出中的所述第一入射光分量的幅值等效值，以及，

所述第二测量装置还可测量在所述偏振分离装置输出中的所述第二入射光分量的幅值等效值。

8.根据权利要求7所述的偏振模式色散测量装置，其特征在于：所述幅值等效值是一个幅值的平方。

9.根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于：

所述偏振模式色散测量装置根据所述第一测量装置和所述第二测量装置的测量结果来测量所述被测器件的一个群延迟。

10.根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，其特征在于：

所述光发生装置包括：

一个信号光源；以及，

一个光分配部件，它用于通过分配所述光源所产生的光来产生所述第一入射光和所述第二入射光。

11.根据权利要求1或2所述的偏振模式色散测量器件，还包括：

一个第一光/电变换装置，它用于对所述偏振分离装置输出中的一个p偏振分量进行光/电变换，并且向所述第一测量装置和所述第二测量装置输出所变换的p偏振分量；以及，

一个第二光/电变换装置，它用于对所述偏振分离装置输出中的一个s偏振分量进行光/电变换，并且向所述第一测量装置和所述第二测量装置输出所变换的s偏振分量。

12.一种适用于测量被测器件的偏振模式色散的偏振模式色散测量方法，该方法包括：

一个光发生步骤，用于产生第一入射光和第二入射光且两者具有一个共同的波长；

一个第一光调制步骤，用于以第一强度调制频率对所述第一入射光进行强度调制，并且发射出经调制的光；

一个第二光调制步骤，用于以不同于所述第一强度调制频率的第二强度调制频率对所述第二入射光进行强度调制，并且发射出经调制的光；

一个偏振组合步骤，用于组合已经进行过强度调制的所述第一入射光和所述第二入射光，并且发射出所组合的入射光；

一个偏振控制步骤，用于控制所组合入射光的偏振状态并使所述组合入射光到达所述被测器件；

一个偏振分离步骤，用于接收从所述被测器件发射的光，将所述接收的光分离成p偏振光和s偏振光，并且输出所述p偏振光和s偏振光；

一个第一测量步骤，用于测量在偏振分离步骤的输出中的所述第一入射光分量的相移等效值；

一个第二测量步骤，用于测量在偏振分离步骤的输出中的所述第二入射光分量的相移等效值；以及，

一个偏振模式色散测量步骤，用于基于所述第一测量步骤和所述第二测量步骤中的测量结果来测量所述被测器件的一个偏振模式色散，

其中，所述偏振控制步骤控制所述组合入射光的偏振状态，从而所述第一入射光是沿着所述偏振分离装置的一个p偏振轴线的，而所述第二二入射光是沿着所述偏振分离装置的一个s偏振轴线的。

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