CN101350678A - 光控微波波束形成网络中偏振模色散的补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

光控微波波束形成网络中偏振模色散的补偿装置及方法，属于偏振模色散补偿技术领域，其特征在于，所述补偿装置里含有环形器，输入调制了信号的输入光，延时模块，利用琼斯矩阵原理，把环形器输入的线偏光实现带有偏振模色散影响的延时；90度法拉第旋转镜，利用琼斯矩阵对从延时模块输入的信号光形成反射电场，向所述延时模块反向传播后实现了偏振模色散补偿，进入光链路后，经过检偏器后输出，同时把相应的偏振模色散补偿。本发明具有结构简单，成本低廉的优点。

Description

光控微波波束形成网络中偏振模色散的补偿装置及方法

技术领域

本发明属于光通讯技术领域，特别涉及微波波束形成网络系统中，光真延时模块偏振模色散补偿、系统偏振稳定性、延时精度及延时调节。

背景技术

光控微波波束形成网络是微波光子学的一个重要应用。它是利用光波控制微波的波束形成网络，即利用光器件和光波传输的特性，对微波信号进行功率分配和相位控制，从而实现对微波信号空间分布的控制和扫描。而光控微波波束形成网络的关键模块是光真延时网络。以光真延时技术为核心的光控微波波束形成网络在军事、经济、科学研究等领域有着广阔的应用前景。

然而，由于单独的光器件偏振现象不明显，人们常常忽视光纤系统中的偏振现象。但是，在高速、高频副载波光通信系统里，偏振现象引起的偏振模色散、偏振模损耗及其产生的幅度相位的抖动，成为影响光通信系统网络的性能重要原因。

目前，人们尝试了多种方法来补偿或消除光通信系统网络里的偏振现象及其引起的偏振模色散。但单独就补偿光控波束形成网络中的偏振模色散鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题，提出一种简单、有效，适用于光控波束形成网络中延时模块偏振模色散的补偿技术，减少光控波束形成网络中由于偏振效应引起的微波幅度、相位的抖动。

本发明所述的微波波束形成网络光中偏振模色散补偿装置，其特征在于：含有环形器，延时模块和法拉第旋转镜，其中：

环形器，输入是已调制了信号的输入光，

延时模块，输入是所述环形器输出的线偏振光相位角为输出是光信号如下的电场

实现了偏振模色散影响的延时，其中：

J₁为某一琼斯矩阵， $J_1=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{\mathrm{j\φ}}\end{array}\right),$ φ为延时角

90度法拉第旋转镜，输入是所述延时模块输出的所述电场

其处理步骤如下：

步骤(1)，形成发射后的电场

其中，J₂为某二琼斯矩阵， $J_2=\left(\begin{array}{cc}0& e^{\mathrm{j\π}}\\ e^{\mathrm{j\π}}& 0\end{array}\right);$

步骤(2)，再把所述电场

反向输入到所述延时模块，产生端电场

实现输入光信号的偏振模色散补偿，

本发明所述的微波波束形成网络光延时模块偏振模色散补偿方法其特征在于，依以含有以下步骤：

步骤(1)，调制了信号的输入光通过环形器进入琼斯矩阵为 $J_1=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{\mathrm{j\φ}}\end{array}\right)$ 的延时模块，实现了偏振模色散影响的延时，所述输入光是线偏振光

分解为两个正交分量分别为E_x(0)和E_y(0)，其中，

步骤(2)，经过延时模块延时后，形成光信号如下的电场

步骤(3)，延时模块输出的经过延时后的信号光输入到了一个琼斯矩阵为 $J_2=\left(\begin{array}{cc}0& e^{\mathrm{j\π}}\\ e^{\mathrm{j\π}}& 0\end{array}\right)$ 的90度法拉第旋转镜，形成反射后的电场

步骤(4)，90度法拉第旋转反射后的电场

再经过延时模块，产生的端电场为

至此信号光完成了偏振模色散补偿，所述

表示为

步骤(5)，步骤(4)中所述完成了偏振模色散补偿的信号光进入光链路后，经过检偏器后得到一下电场强度为

其中θ为检偏器与x轴成角。

为了验证偏振模色散补偿的结果，我们利用调制的宽谱光源作为信号光，这样可以得到各个波长下，偏振模色散补偿的结果。偏振模色散的测量可以利用传统的光谱干涉的方法，

方案中，宽谱光源为两个级联的参铒光纤放大器(EDFA)，第一个EDFA提供自由辐射(ASE)谱，第二个EDFA做放大用，二者作为宽谱光源；起偏器使得入射的宽谱光源为线偏振光，经过色散器件，x，y轴的相位延时不一样，再经过检偏器，在光谱仪上就能看到因为偏振模色散而干涉的宽谱光源，利用公式

$\mathrm{\Δ\τ}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2}{c({\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_2)}$

可以得到补偿后的偏振模色散；作为比较，加入补偿装置，同样的到干涉条纹，如图3(b)。观察可知，补偿后没有明显的干涉条纹，说明补偿是有效的。利用干涉最大或最小时的各个波长，通过计算可以得到没有补偿的偏振模色散曲线，在1550nm附近偏振模色散为16.1ps，在1560nm附近会更大，为25.1ps；偏振模补偿后，利用干涉条纹间距的方法已经得不到偏振模色散的大小了。我们可以估算补偿后最大的偏振模色散，假定干涉最小的条纹分别在宽谱光源的下边(1530nm)和上边(1560nm)，得到补偿后最大的偏振模为0.164ps。

附图说明

图1偏振模色散补偿实验装置图。

图2偏振模色散补偿系统各处光信号的偏振状态和延时状态。

(a)A、B处信号，(b)C处信号，(c)D处信号，(d)E、F处信号。

图3偏振模色散补偿方法图。

图4偏振模色散测量系统图。

具体实施方式

本发明提供一种利用法拉第旋镜补偿光控波束形成网络中延时模块的偏振模色散的实验装置，包括90度法拉第旋镜和环行器，如图1，所示：

光控波束形成网络延时模块的偏振模补偿利用90度法拉第旋转镜；

环行器连接光延时模块和光链路，环行器及法拉第旋镜反射实现光线的反向传播。

本发明提供一种利用法拉第旋镜补偿光控波束形成网络中延时模块的偏振模色散的方法，如图2、3，所示，包括以下步骤：

调制了信号的输入光通过环形器进入延时模块，在延时模块中实现延时，并经历了偏振模色散的影响；信号光的偏振状态和延时状态如图2(a)，信号光经过延时模块后的偏振状态和延时状态如图2(b)；

信号光经过法拉第旋转镜后，具有偏振模色散的延时模块的快轴和慢轴(x，y轴)的分量相应地变为慢轴和快轴(y，x轴)的分量；信号光经过法拉第旋转镜后的偏振状态和延时状态如图2(c)；

当信号光再次经过延时模块时，x，y轴分量经历了与入射时不同的延时，使得总体上二者经历了同样的延时，达到了偏振模色散的补偿。补偿后信号光的偏振状态和延时状态如图2(d)；

信号光再通过环形器返回光链路当中，至此，既实现了延时，又对偏振模色散进行了补偿。

在本申请提出的方案中，整个微波波束形成网络系统中，偏振模色散的补偿没有用到昂贵笨重的监测设备，避免了高频信号发生器、高频宽带混频器、高频宽带合路器、滤波器等毫米波电器件的使用，结构简单、性能可靠、成本低廉。

本发明提供利用法拉第旋镜补偿光控波束形成网络中延时模块的偏振模色散的原理，如图2、3：

利用琼斯矩阵，延时模块的琼斯矩阵为：

$J_1=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{\mathrm{j\φ}}\end{array}\right)$

为了检验C波段各个波长偏振模色散的补偿效果，我们采用光谱光作为光源。宽谱光源经过调制器调制后，进入调制器中集成的起偏器，信号光成为线偏光；之后入射到延时模块，线偏光

分解为两个正交分量，分别为E_x(0)和E_y(0)，其中：

经过延时模块传输后，端电场为：

经过法拉第旋转镜后，各偏振态会改变，理想的法拉第旋镜的琼斯矩阵为：

$J_2=\left(\begin{array}{cc}0& e^{\mathrm{j\π}}\\ e^{\mathrm{j\π}}& 0\end{array}\right),$

则反射后的电场为：

再经过延时模块，电场为：

到这里，信号光完成了偏振模色散补偿。通过环形器，信号光进入光链路中，经过检偏器后电场强度为

实现了偏振模色散的补偿。

Claims (2)

1.光控微波波束形成网络中偏振模色散的补偿装置，其特征在于，含有，环形器，延时模块和法拉第旋转镜，其中：

环形器，输入是已调制了信号的输入光，

延时模块，输入是所述环形器输出的线偏振光

相位角为

输出是光信号如下的电场实现了偏振模色散影响的延时，其中：

J₁为某一琼斯矩阵， $J_1=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{\mathrm{j\φ}}\end{array}\right),$ φ为延时角90度法拉第旋转镜，输入是所述延时模块输出的所述电场

其处理步骤如下：

步骤(1)，形成发射后的电场

其中，J₂为某二琼斯矩阵， $J_2=\left(\begin{array}{cc}0& e^{\mathrm{j\π}}\\ e^{\mathrm{j\π}}& 0\end{array}\right);$

步骤(2)，再把所述电场

反向输入到所述延时模块，产生端电场

实现输入光信号的偏振模色散补偿，

2.光控微波波束形成网络中偏振模色散的补偿方法，其特征在于，一次含有一下步骤：

步骤(1)，调制了信号的输入光通过环形器进入琼斯矩阵为 $J_1=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{\mathrm{j\φ}}\end{array}\right)$ 的延时模块，所述输入光是线偏振光

分解为两个正交分量分别为E_x(0)和E_y(0)，其中，

步骤(2)，经过所述延时模块延时后，形成光信号如下的电场

实现了偏振模色散影响的延时；

步骤(3)，所述延时模块输出的经过延时后的信号光输入到了一个琼斯矩阵为 $J_2=\left(\begin{array}{cc}0& e^{\mathrm{j\π}}\\ e^{\mathrm{j\π}}& 0\end{array}\right)$ 的90度法拉第旋转镜，形成反射后的电场

步骤(4)，90度法拉第旋转反射后的电场再经过所述延时模块，产生的端电场为

至此信号光完成了偏振模色散补偿，所述表示为

步骤(5)，步骤(4)中所述完成了偏振模色散补偿的信号光进入光链路后，经过检偏器后得到的电场强度为

其中θ为检偏器与x轴夹角。

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