CN101446669A - 超低偏振模色散小体积色散补偿器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超低偏振模色散小体积色散补偿器，由含有三个接口的环行器、色散补偿单元和光信号反射单元组成，环行器的第二接口与色散补偿单元相连，色散补偿单元与光信号反射单元相连，且色散补偿单元具有双向传输的特性，环行器的第一接口为输入端，环行器的第三接口为输出端。本发明的色散补偿器具有：自动偏振模色散(PMD)补偿、自动偏振相关光功率损耗补偿、双倍色散补偿效率及不需要使用旋转拉丝的光纤生产工艺，极大降低成本，提高成品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种超低偏振模色散小体积色散补偿器。
背景技术
传输光纤的色散是制约光传输系统容量的最重要因素之一，当通道的数据带宽超过10GBit/s时，必须对传输网络的光纤进行色散补偿。目前商用传输系统，尤其是波分复用(WDM)系统普遍使用色散补偿光纤(DCF)来补偿网络的光纤色散。色散补偿光纤(DCF)的色散和传输光纤的色散特性完全相反，选择一定长度的DCF，则可以将传输通道的色散补偿到系统允许的范围，从而扩大系统传输容量和传输距离。
由于DCF的设计本身的限制，用DCF制做的色散补偿模块有几个重要缺陷，对传输系统的进一步发展带来了制约。首先是DCF具有较高的偏振模色散(PMD)，DCF的光纤芯经比传输光纤芯经要小一倍多，工艺上很难控制，使得PMD比传输光纤大很多倍。以美国OFS，CORNING等为首的光纤制造商采用光纤旋转拉丝的方法，从而有效的降低PMD。但是这种方法并没有真正消除工艺误差，只是通过平均一段光纤的PMD从而使得平均PMD较小，局部的PMD或双折射效应依然存在。由于旋转会带来圆偏振模色散，需要不断改变旋转方向来消除旋转本身带来的不利影响。当然DCF的制造工艺更加复杂，成本上升。
DCF的另一个对光系统不利的因素是非线性效应。非线性效应是当传输的光功率增加时，光纤特性发生变化，从而造成信号失真。DCF的非线性来自两个方面，第一是光纤的芯经变小，有效截面只有传输光纤的四分之一不到。对同样的光功率而言，DCF的非线性效应要大4倍以上；另一方面，由于DCF的高锗参杂使得非线性系数增加，DCF的高非线性使得传输功率受到限制，从而限制了系统的传输距离和容量；DCF的第三个不利因素是体积较大，由于DCF的效率不高，通常需要使用超过10公里的光纤，封装后的色散补偿模块体积大、重量大，对系统设计造成许多不便，增加系统成本。
鉴于上述DCF的几大缺陷，人们研发了基于其他技术的色散补偿单元DCM以替代DCF，其中最有代表的是光纤光删(FBG)，以其体积小，零非线性引起了一定的兴趣；其他技术一般都在原理上和FBG类似，都在体积，非线性方面有着DCF不可比拟的优势，但同时也有下面的劣势：第一是单同道补偿，存在较大的带宽窄化，不利WDM系统的长距离传输；第二是本身的PMD较高；第三是稳定性差，受环境温度压力等影响很大；第四是工艺复杂，成品率底，使得成本高。这些因素也是DCF依然占据95％以上市场的原因。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在问题及缺陷，提供一种超低偏振模色散小体积色散补偿器，本发明的色散补偿器具有：自动偏振模色散(PMD)补偿、自动偏振相关光功率损耗补偿、双倍色散补偿效率及不需要使用旋转拉丝的光纤生产工艺，极大降低成本，提高成品率。
本发明的技术方案：
超低偏振模色散小体积色散补偿器，由含有三个接口的环行器、色散补偿单元和光信号反射单元组成，环行器的第二接口与色散补偿单元相连，色散补偿单元与光信号反射单元相连，环行器的第一接口为输入端，环行器的第三接口为输出端。
所述的色散补偿单元具有双向传输的特性。
所述的色散补偿单元为色散补偿器件或色散补偿光纤。
所述的光信号反射单元为法拉第镜或反射镜。
光信号首先连接到光环行器的输入端后，从光环行器的第二接口出来，连接到色散补偿元件(DCM)，这里的DCM元件具有双向传输的特性，从DCM出来的光信号进入光信号反射单元，光信号被光信号反射单元反射送回到DCM元件中，从DCM出来逆行的光信号回到光环行器的第二接口，进入光环行器并继续环行，最后从环行器的第三接口输出。当光信号反射单元是由法拉第镜构成时，返回的光信号的偏振和输入到光信号反射单元的光信号的偏振相差90度，光信号被反射到DCM后，由于光信号的偏振方向相差正好90度，当光信号沿相反方向进入并离开DCM时，DCM元件本身的PMD以及其他偏振相关特性得到自动补偿。由于光环行器和光信号反射单元的PMD很小，而DCM的PMD一般要大两个数量级以上，整个色散补偿器的PMD由于上面的自动PMD补偿而大大降低；同时，由于光信号在同一个DCM里面通过两次，所需的色散也只有单次通过的色散的一半，从而降低了色散补偿器成本，也减小了色散补偿器尺寸。当光信号反射单元是由一般反射镜构成时，没有偏振相关特性的自动补偿效应，但保留了光信号在DCM模块往返传输的特性，从而使DCM的色散补偿增加一倍。
本发明利用共轭光路反转原理设计出的色散补偿器，保留了DCF的优势，全同道，性能稳定，造价低廉等，的同时，全面改进了DCF的缺陷。具体表现在如下几个方面：(1)、自动偏振模色散(PMD)补偿，由于采用了光路的原路返回设计，光纤本身的工艺误差不影响光信号的偏振特性，从而实现了光线PMD的自我补偿；(2)自动偏振相关光功率损耗补偿，由于采用了法拉第镜作为光信号反射单元，不仅自动补偿了偏振模色散，所有偏振相关的特性都能得到补偿，从而实现了偏振无关的特性；(3)不需要使用旋转拉丝的光纤生产工艺，极大降低成本，提高成品率；(4)双倍色散补偿效率，由于光信号在DCF中往返传输，使得色散补偿效率提高一倍，大大降低了体积和重量。
附图说明
图1为常用波分复用(WDM)光传输系统的原理图。
图2为本发明的超低PMD色散补偿技术的原理图。
图3为本发明的一实施例的超低PMD色散补偿技术的原理图。
图4为色散补偿单元经过本发明所述的光路返转后的色散图。
图5为在图4的条件下对偏振模色散的测量结果图。
图6为本发明另一实施例的低成本色散补偿技术的原理图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步的描述。
图1是常用波分复用(WDM)光传输系统的原理图。由不同波长的光通道经过WDM波分复用后经光放大器后输入到传输光纤，对用于长距离高容量的的光传输系统，在传输一段距离后必须对光信号经DCM进行色散补偿，然后放大后输入到下一段传输光纤之中。图中只显示了两段传输光纤，实际应用中不限于传输光纤的次数。在接收端，经过解波分复用后，不同光波长的光信号被分离出来，接到相应的光接收机，完成信号的发送。图中T表示光发射机，R表示光接收机。不同光通道的数据信号由不同波长的光波传输，收发两端的波分复用器(WDM)用来将不同波长的光信号复用或解复用。光路的功率损耗由光放大器补偿，而光路的色散则由色散补偿模块(器)补偿。有效的补偿光路中的色散，降低偏振模色散对高容量DWDM系统具有重要意义。
图2为本发明的超低PMD色散补偿技术的原理图。光信号首先连接到光环行器的输入端后，从光环行器的第二接口出来，连接到色散补偿元件(DCM)，这里的DCM元件具有双向传输的特性，从DCM出来的光信号进入光信号反射单元，光信号被光信号反射单元反射送回到DCM元件中，从DCM出来逆行的光信号回到光环行器的第二接口，进入光环行器并继续环行，最后从环行器的第三接口输出。
图3是本发明一实施例的超低PMD色散补偿技术的原理图。本发明的实施例由含有三个接口的环行器、色散补偿单元和法拉第镜组成，环行器的第二接口与色散补偿单元相连，色散补偿单元与法拉第镜相连，且色散补偿单元具有双向传输的特性，环行器的第一接口为输入端，环行器的第三接口为输出端。光信号首先连接到光环行器的输入端后，从光环行器的第二接口出来，连接到色散补偿元件(DCM)，这里的DCM元件具有双向传输的特性，从DCM出来的光信号进入法拉第镜，光信号被法拉第镜反射送回到DCM中，从法拉第镜返回的光信号的偏振和输入到法拉第镜的光信号的偏振相差90度，光信号被反射到DCM后，由于光信号的偏振方向相差正好90度，当光信号沿相反方向进入并离开DCM时，DCM元件本身的PMD得到自动补偿，从DCM出来逆行的光信号回到光环行器的第二接口，进入光环行器并继续环行，最后从环行器的第三接口输出。由于光环行器和法拉第镜的PMD很小，而DCM的PMD一般要大两个数量级以上，整个色散补偿器的PMD由于上面的自动PMD补偿而大大降低；同时，由于光信号在同一个DCM里面通过两次，所需的色散也只有单次通过的色散的一半，从而降低了色散补偿器成本，也减小了色散补偿器尺寸。
图3中的原理可以用多种方式实现，可以是集成光路的形式做成微小光芯片元件，也可以由分离光器件组合而成，其中比较容易实现而且具有较好性价比的方式是用光纤来做色散补偿单元，与环行器和法拉第镜封装成有光纤接口的模块，可以直接和光纤色散补偿模块连接。
图4显示的是一个平均色散为-677.29本ps/nm的色散补偿单元经过本发明的色散补偿器所述的光路返转后的色散，横轴是波长，单位是纳米(nm)，纵轴是测量的色散在对应的波长的值，单位是皮秒/纳米(ps/nm)，测量的色散平均值正好是色散补偿单元本身色散的两倍，-1355.05.测量误差为0.03％。结果证实了光信号在色散补偿器往返传输。
图5显示的是图4的条件下对偏振模色散的测量结果。测量中用的是图3中使用的色散补偿单元，色散补偿单元为一段4.5823km的色散补偿光纤，横轴是波长，单位是纳米(nm)，纵轴是测量的偏振模色散在对应的波长的值，单位是皮秒(ps)，星型标记的曲线表示的是色散补偿单元本身的偏振模色散的测量值，平均偏振模色散为0.442ps，方行标记的曲线是经过法拉第镜光路返转后的偏振模色散的测量结果，平均偏振模色散为0.0277ps，三角行标记的曲线是除掉色散补偿单元后剩余光路的偏振模色散的测量结果，平均偏振模色散为0.0123ps，整个色散补偿器的平均偏振模色散改进了16倍，从而0.442ps减低到0.0277ps。结果证实了本发明对偏振模色散的特性有效补偿。
图6是本发明的另一个实施例的低成本色散补偿技术的原理图。本发明的另一个实施例由含有三个接口的环行器、色散补偿单元和反射镜组成，环行器的第二接口与色散补偿单元相连，色散补偿单元与反射镜相连，且色散补偿单元具有双向传输的特性，环行器的第一接口为输入端，环行器的第三接口为输出端。光信号首先连接到光环行器的输入端后，从光环行器的第二接口出来，连接到色散补偿元件(DCM)，这里的DCM元件具有双向传输的特性，从DCM出来的光信号进入反射镜，光信号被反射镜反射送回到DCM元件中，从反射镜返回的光信号沿相反方向再次进入DCM时，回到光环行器的第二接口，进入光环行器并继续环行，最后从环行器的第三接口输出。由于光信号在同一个DCM里面通过两次，所需的色散也只有单次通过的色散的一半，从而降低了色散补偿器成本，也减小了色散补偿器尺寸。反射镜的成本远低于法拉第镜，在色散补偿单元本身的PMD不大时，图5的设计能够提高色散补偿效率，进一步降低成本。
Claims (4)
1、超低偏振模色散小体积色散补偿器，由含有三个接口的环行器、色散补偿单元和光信号反射单元组成，其特征在于：环行器的第二接口与色散补偿单元相连，色散补偿单元与光信号反射单元相连，环行器的第一接口为输入端，环行器的第三接口为输出端。
2、根据权利要求1所述的超低偏振模色散小体积色散补偿器，其特征在于：所述的色散补偿单元具有双向传输的特性。
3、根据权利要求1或2所述的超低偏振模色散小体积色散补偿器，其特征在于：所述的色散补偿单元为色散补偿器件或色散补偿光纤。
4、根据权利要求1或2所述的超低偏振模色散小体积色散补偿器，其特征在于：所述的光信号反射单元为法拉第镜或反射镜。
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|---|---|---|---|---|
| CN102255666A (zh) * | 2010-05-18 | 2011-11-23 | 昂纳信息技术（深圳）有限公司 | 一种色散补偿器 |
| CN106324751A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-01-11 | 中国电子科技集团公司第五十研究所 | 消除外部环境对普通光纤中偏振态影响的色散补偿装置 |
| CN107422422A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-12-01 | 南京理工大学 | 一种拓宽波分复用器的波分通道的方法及应用 |
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