CN101667880A - 一种克服光纤pdl引起两偏振信道串扰的偏振复用系统 - Google Patents

Abstract

一种克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，涉及偏振复用系统，其特征在于：在偏振复用端，分布反馈激光器DFB－LD出射的连续光波经保偏耦合器后分为两束光，第一束光通过可调法拉第旋转片，第二束光通过由保偏光纤PMF构成的光纤延时线使第一束光和第二束光之间去相干；第一束光通过调制器后承载第一路光信道，第二束光通过调制器后承载第二路光信道，承载光信道的两束光经耦合器完成复用，然后经过传输链路到达偏振解复用端。本发明所述的克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，克服解复用端偏振信号由于传输光纤链路中PDL效应的影响而不再正交的问题，通过反馈控制系统使解复用端接收到的偏振信号正交，消除传输光纤链路中PDL的影响。

Description

一种克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统

技术领域

本发明涉及偏振复用系统，具体的说是一种克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统。

背景技术

在偏振复用系统的工作方式中，一个波长在光纤中传输时携带了两个正交偏振的光信号，使一个波长条件下的光所承载的信息量加倍。这种偏振复用技术能够在现有波分复用(WDM)系统基础上扩大系统通信容量，降低扩容成本。

由于光纤易受外界环境影响产生双折射效应，且光纤的双折射轴会随时间变化而随机变化，偏振复用端入射的两个正交偏振信号经过光纤传输后，两个偏振信号的正交性会受到光纤偏振相关损耗(PDL)的影响而在偏振解复用端不再保持正交，引起两个偏振信号间的串扰，加大了偏振解复用的难度。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，克服解复用端偏振信号由于传输光纤链路中PDL效应的影响而不再正交的问题，通过反馈控制系统使解复用端接收到的偏振信号正交，消除传输光纤链路中PDL的影响。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，包括偏振复用端100和偏振解复用端200，其特征在于：

在偏振复用端100，分布反馈激光器DFB-LD 101出射的连续光波经保偏耦合器102后分为两束光，第一束光通过可调法拉第旋转片103，第二束光通过由保偏光纤PMF 104构成的光纤延时线使第一束光和第二束光之间去相干；

第一束光通过第一调制器1后承载第一路光信道，

第二束光通过第二调制器2后承载第二路光信道，

承载光信道的两束光经复用端耦合器105完成复用，然后将复用信号经过传输链路到达偏振解复用端200。

在上述技术方案的基础上，在偏振解复用端200，复用信号经过偏振控制器201后到达偏振分束器PBS 202的输入端；

偏振分束器PBS 202的两个输出臂分别连接到第一耦合器203和第二耦合器204的输入端；

第一耦合器203的输出信号一分为二，一路经过一个光探测器PD形成通道1，另一路经过另一个光探测器PD获得其在光探测器PD中产生的光电压V1后，将光电压V1送入控制电路205中；

第二耦合器204的输出信号一分为二，一路经过一个光探测器PD形成通道2，另一路经过另一个光探测器PD获得其在光探测器PD中产生的光电压V2后，将光电压V2送入控制电路205中；

控制电路205产生差分信号ΔV＝V₁-V₂，作为反馈控制信号调整可调法拉第旋转片103和偏振控制器201。

在上述技术方案的基础上，所述连接偏振复用端100和偏振解复用端200的传输链路为普通单模光纤SMF。

本发明所述的克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，克服解复用端偏振信号由于传输光纤链路中PDL效应的影响而不再正交的问题，通过反馈控制系统使解复用端接收到的偏振信号正交，消除传输光纤链路中PDL的影响。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明的一个具体实例

图2偏振解复用端偏振分束器输入端处光信号的光学偏振矢量示意图

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明所述的克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，包括偏振复用端100和偏振解复用端200，

在偏振复用端100，分布反馈激光器DFB-LD 101出射的连续光波经保偏耦合器102后分为两束光，第一束光通过可调法拉第旋转片103，第二束光通过由保偏光纤PMF 104构成的光纤延时线使第一束光和第二束光之间去相干；

第一束光通过第一调制器1后承载第一路光信道，

第二束光通过第二调制器2后承载第二路光信道，

承载光信道的两束光经复用端耦合器105完成复用，然后将复用信号经过传输链路到达偏振解复用端200。

在上述技术方案的基础上，在偏振解复用端200，复用信号经过偏振控制器201后到达偏振分束器PBS 202的输入端；

偏振分束器PBS 202的两个输出臂分别连接到第一耦合器203和第二耦合器204的输入端；

第一耦合器203的输出信号一分为二，一路经过一个光探测器PD形成通道1，另一路经过另一个光探测器PD获得其在光探测器PD中产生的光电压V1后，将光电压V1送入控制电路205中；

第二耦合器204的输出信号一分为二，一路经过一个光探测器PD形成通道2，另一路经过另一个光探测器PD获得其在光探测器PD中产生的光电压V2后，将光电压V2送入控制电路205中；

控制电路205产生差分信号ΔV＝V₁-V₂，作为反馈控制信号调整可调法拉第旋转片103和偏振控制器201。

在上述技术方案的基础上，所述连接偏振复用端100和偏振解复用端200的传输链路为普通单模光纤SMF。

如上所述，本发明所述的克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，在偏振复用端，连续光波信号被分解为同一偏振的第一和第二束光，第一束光通过一个旋光角度可调的法拉第旋转片调整第一和第二束光偏振方向之间的角度；第二束光通过由一定长度的保偏光纤构成的光纤延时线使第一和第二束光之间去相干；第一和第二束光通过调制器分别承载第一和第二路光信道，通过偏振复用后经过传输光纤到达偏振解复用端。

在偏振解复用端，第一和第二束光分别被转换为第一和第二路电路信号，一个控制电路用于获得代表第一束和第二束光强差值的差分信号，并且此信号是两个变量的函数，其中第一个变量是偏振分束器的偏振方向和接收的光信号的偏振方向的相对夹角，该变量通过控制偏振分束器前面的偏振控制器进行调节；第二个变量是第一和第二束光偏振方向之间的角度，该变量通过控制位于偏振复用端第一束光支路上的法拉第旋转片的旋光角度进行调节。

对两个变量的反馈控制思路是：由于连续光波信号被分解为同一偏振的第一和第二束光，经过光纤传输后在偏振解复用端第一和第二束光仍然保持同一偏振方向，第二个变量即第一和第二束光之间的角度为零，此时差分信号仅是第一个变量的函数，通过控制偏振控制器使差分信号达到正最大或负最大，使第一和第二束光的偏振方向平行于偏振分束器其中一个输出臂的偏振方向，此时使得第一个变量为零，从而使得差分信号仅是第二个变量的函数，通过控制偏振复用端的法拉第旋转片使差分信号达到最大，此时第二个变量为90度。通过这种反馈控制方法使得偏振解复用端偏振分束器输入端处接收到的是正交且与偏振分束器输出两臂偏振方向平行的两个偏振信道，克服了光纤PDL引起的两个偏振信道的串扰问题。

图2是偏振分束器PBS 202输入端处光信号的光学偏振矢量示意图，图2中θ表示第二束光与偏振分束器输出臂y轴的夹角；θ+β表示第一束光与偏振分束器输出臂x轴的夹角；β表示第一和第二束光偏振方向之间的正交失谐角，当β＝0时第一和第二束光偏振正交；图2所示的光学偏振矢量关系可以表示如下：

$\stackrel{\→}{x}=\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\β}){\stackrel{\→}{x}}_r-\sin \left(\mathrm{\θ}\right){\stackrel{\→}{y}}_r---\left(1\right)$

$\stackrel{\→}{y}=\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\β}){\stackrel{\→}{x}}_r+\cos \left(\mathrm{\θ}\right){\stackrel{\→}{y}}_r---\left(2\right)$

偏振分束器202处输入端的电场为

$\stackrel{\→}{E}=A_1{e}^{i{\mathrm{\φ}}_1\left(t\right)}{\stackrel{\→}{x}}_r+A_2{e}^{i{\mathrm{\φ}}_2\left(t\right)}{\stackrel{\→}{y}}_r---\left(3\right)$

其中，A₁和A₂分别是第一和第二束光的振幅且大小不同；φ₁和φ₂分别是是第一和第二束光随时间变化的相位且互不相关。偏振分束器202的两个输出臂的光功率为：

$P_x={|\stackrel{\→}{E}\·\stackrel{\→}{x}|}^2$

$={|A_1\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})e^{i{\mathrm{\φ}}_1\left(t\right)}-A_2\sin \left(\mathrm{\θ}\right)e^{i{\mathrm{\φ}}_2\left(t\right)}|}^2$

$={A_1}^2{\cos }^2(\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})+{A_2}^2{\sin }^2\left(\mathrm{\θ}\right)-2A_1{A}_2\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\cos ({\mathrm{\φ}}_1\left(t\right)-{\mathrm{\φ}}_2\left(t\right))---\left(4\right)$

$P_y={|\stackrel{\→}{E}\·\stackrel{\→}{y}|}^2$

$={|A_1\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})e^{i{\mathrm{\φ}}_1\left(t\right)}+A_2\cos \left(\mathrm{\θ}\right)e^{i{\mathrm{\φ}}_2\left(t\right)}|}^2$

$={A_1}^2{\sin }^2(\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})+{A_2}^2{\cos }^2\left(\mathrm{\θ}\right)+2A_1{A}_2\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\cos ({\mathrm{\φ}}_1\left(t\right)-{\mathrm{\φ}}_2\left(t\right))---\left(5\right)$

由于φ₁和φ₂互不相关，在低速光探测器中cos(φ₁(t)-φ₂(t))项的值变化很快且平均值为零，由式(4)和(5)可得：

$P_x={|\stackrel{\→}{E}\·\stackrel{\→}{x}|}^2={A_1}^2{\cos }^2(\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})+{A_2}^2{\sin }^2\left(\mathrm{\θ}\right)---\left(6\right)$

$P_y={|\stackrel{\→}{E}\·\stackrel{\→}{y}|}^2={A_1}^2{\sin }^2(\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})+{A_2}^2{\cos }^2\left(\mathrm{\θ}\right)---\left(7\right)$

经过耦合器203和耦合器204后在光探测器(PD)中产生的光电压分别为：

V₁＝αP_x＝α(A₁ ²cos²(θ+β)+A₂ ²sin²(θ))                    (8)

V₂＝αP_y＝α(A₁ ²sin²(θ+β)+A₂ ²cos²(θ))                    (9)

式(8)和(9)中α为考虑相应信道耦合器分光比、光探测器响应度和电放大器增益时的比例常量。两个输出电压的差值为：

ΔV＝V₁-V₂＝α[A₁ ²cos(2θ+2β)-A₂ ²cos(2θ)]        (10)

式(10)为θ和β的函数，由于经过耦合器105后的复用信号的第一和第二束光偏振方向相同，在经过单模光纤传输链路到达偏振分束器输入端的两束光的偏振方向仍然保持一致，所以此时β＝π/2，由式(10)可得：

ΔV_θ＝-α(A₁ ²+A₂ ²)cos(2θ)                        (11)

输出电压差值仅是θ的函数，通过调节偏振控制器201使电压差值达到最大，此时θ＝0，由式(10)可得：

ΔV_β＝α[A₁ ²cos(2β)-A₂ ²]                         (12)

输出电压差值仅是β的函数，通过调节法拉第旋转片103使电压差值达到最大，此时β＝0。

从图1可以看出，通过控制电路205输出反馈控制1和反馈控制2的电信号来控制偏振控制器201和可调法拉第旋转片103，就能在偏振分束器202的输入端得到两个偏振正交(β＝0)且与偏振分束器的两个输出臂偏振方向匹配(θ＝0)的两个光信道信号，克服了光纤PDL效应引起的信道串扰问题。

Claims (3)

1.一种克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，包括偏振复用端(100)和偏振解复用端(200)，其特征在于：

在偏振复用端(100)，分布反馈激光器DFB-LD(101)出射的连续光波经保偏耦合器(102)后分为两束光，第一束光通过可调法拉第旋转片(103)，第二束光通过由保偏光纤PMF(104)构成的光纤延时线使第一束光和第二束光之间去相干；

第一束光通过第一调制器(1)后承载第一路光信道，

第二束光通过第二调制器(2)后承载第二路光信道，

承载光信道的两束光经复用端耦合器(105)完成复用，然后将复用信号经过传输链路到达偏振解复用端(200)。

2.如权利要求1所述的克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，其特征在于：

在偏振解复用端(200)，复用信号经过偏振控制器(201)后到达偏振分束器PBS(202)的输入端；

偏振分束器PBS(202)的两个输出臂分别连接到第一耦合器(203)和第二耦合器(204)的输入端；

第一耦合器(203)的输出信号一分为二，一路经过一个光探测器PD形成通道1，另一路经过另一个光探测器PD获得其在光探测器PD中产生的光电压V1后，将光电压V1送入控制电路(205)中；

第二耦合器(204)的输出信号一分为二，一路经过一个光探测器PD形成通道2，另一路经过另一个光探测器PD获得其在光探测器PD中产生的光电压V2后，将光电压V2送入控制电路(205)中；

控制电路(205)产生差分信号ΔV＝V₁-V₂，作为反馈控制信号调整可调法拉第旋转片(103)和偏振控制器(201)。

3.如权利要求1所述的克服光纤PDL引起两偏振信道串扰的偏振复用系统，其特征在于：所述连接偏振复用端(100)和偏振解复用端(200)的传输链路为普通单模光纤SMF。

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