CN102255666A - 一种色散补偿器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种色散补偿器包括光引导元件、两组偏振改变元件阵列以及两组标准具元件阵列，还包括一反射镜以及一光环形器，偏振光束L经由光环形器的第一端口入射，经由第三端口传输到光引导元件，经过第一偏振改变元件射入第一标准元件，从所述第一标准具元件反射回来的光再次经过第一偏振改变元件后变成和入射光束L相互垂直的偏振态的光束L1，所述光束L1再次入射至光引导元件，偏移一段距离引导至第二偏振改变元件和第二标准具元件，所述光的光路依此规律往返反射传播，直到经过在光引导元件后，经过反射镜反射回光引导元件，依据上述光路反向传输，从第二端口输出。本发明在更大范围满足带宽的同时，结构更加紧凑小型化的色散补偿器。

Description

一种色散补偿器
技术领域
本发明属于光通讯领域，具体涉及到一种色散补偿器。
背景技术
在光网络中传播的光通常遭受色度色散(chromatic dispersion)或偏振模色散(PMD)，这些色散会造成光信号波形失真，如果发生PMD，一般接收到的信号波形会产生扩散现象(波形变粗)，无法进行正确的数据交换。由于PMD受光纤敷设状况及外部环境的影响而随机变化，所以造成通信品质下降。特别是，越高速越容易受PMD的影响，这也是造成100Gbps系统通信品质下降的最主要原因。
用于色散补偿模块的基本光学原件为GT(Gires-Tournois)型标准具，其本质上为一全通型滤波器，即所有波长信号全被反射，其反射率是一样的；但由于光在标准具谐振腔内的多次反射，最终可以积累起很大的位相延迟，并且该延迟是与波长强烈相关的，表现出典型的尖锐谐振峰波形，由于光通讯系统中要求一定的通带宽度，而单个GT型标准具的群延迟曲线过窄而无法满足通带要求，一般采用多个标准具器件光学级联以实现通带宽度的要求。在传统的色散补偿模块方案中，一般是首先构造单个光纤耦合的两端口标准具器件，然后将多个这样的标准具器件通过光纤级联的方式组合成为一个模块。由于传统方案涉及多次光纤耦合，所以插入损耗较大；同时由于光纤最小盘绕半径的限制，该类模块一般会有较大尺寸。
现有通过自由空间光束传播的方式来实现光纤盘绕的缺陷，中国专利CN20091011107.X就揭露了这种方案，具有P-偏振的入射光不守阻碍地通过PBS棱镜组，经过第一1/4波片后垂直入射到第一标准具元件，从所述的第一标准具元件反射回再次通过第一1/4波片的光再次通过第一1/4波片后变成S-偏振光，然后再次入射到PBS棱镜的分光面，所述光的光路按照如此规律往返反射传播，所述的光途径多个1/4波片和标准具元件，并从最终经PBS棱镜的分光面反射后经输出口传输。该方案的缺陷在于：为了实现实现更加的宽带要求，需要增加多个1/4波片、PBS棱镜以及标准具的个数或者长度，这样在一定的程度上增加了器件的体积。
发明内容
本发明提供一种在更大范围满足带宽的同时，结构更加紧凑小型化的色散补偿器。
为了实现所述目的，本发明一种色散补偿器包括光引导元件、两组偏振改变元件阵列以及两组标准具元件阵列，其特征在于：还包括一反射镜以及一光环形器，光束L经由光环形器的第一端口入射，经由第三端口传输到光引导元件，经过第一偏振改变元件射入第一标准元件，从所述第一标准具元件反射回来的光再次经过第一偏振改变元件后变成和入射光束L相互垂直的偏振态的光束L1，所述光束L1再次入射至光引导元件，偏移一段距离引导至第二偏振改变元件和第二标准具元件，从所述第二标准具元件反射的光通过第二偏振改变元件后转变成和光束L偏振态一致的光束L2，经过光引导元件引导至第三偏振改变元件和第三标准具元件的组合后，其偏振态被切换成垂直于光束L的偏振态的光束L3，所述光的光路依此规律往返反射传播，直到经过在光引导元件后，经过反射镜反射回光引导元件，依据上述光路反向传输，反射导向第三偏振改变元件和第三标准具元件，从第三标准具元件反射回来的光束再次经过第三偏振改变元件，光束L4转换成和光束L偏振态相互垂直，返回经由光引导元件导向第二偏振改变元件和第二标准具，从第二标准具反射回来的光束再次经过偏振改变元件转换和光束L偏振态一致的光束L3，借由光引导元件导向第一偏振改变元件和第一标准具元件，从第一标准具元件返回的光束L3再次经过第一偏振改变元件转换成和光束L偏振态垂直的光束L2通过光引导元件导向光环形器的第三端口接收，从第二端口输出。
其中，较佳方案为：所述光引导元件由第一PBS棱镜、第二PBS棱镜、第三PBS棱镜...第n个PBS棱镜组成，P偏振光束经由光环形器的第一端口入射，经由第三端口传输到第一PBS棱镜，经过第一偏振改变元件射入至第一标准元件，从所述的第一标准具元件反射回来的光再次经过第一偏振改变元件后变成S-偏振光，然后再次入射到第一PBS棱镜的分光面，所述S-偏振光被第一个PBS棱镜反射导向第二PBS棱镜，并被第二PBS棱镜的分光面反射导向第二偏振改变元件和第二标准具元件，从所述第二标准具元件反射的光通过第二偏振改变元件后又被切换成P-偏振光再通过第三偏振改变元件和第三标准具元件的组合后，其偏振态被切换为S-偏振光，然后入射到第二PBS棱镜的分光面被反射导向到第三PBS棱镜，所述光的光路依此规律往返反射传播，直到经过第N个PBS棱镜反射后，经过一反射镜反射回来第N个棱镜后，依据上述光路反向传输，反射到第三PBS棱镜的P-偏振光，通过第三PBS棱镜的分光面反射导向第三偏振改变元件和第三标准具元件，从第三标准具元件反射回来的光束再次经过第三偏振改变元件，光束转换成P-偏振光返回穿过第二PBS棱镜后导向第二偏振改变元件和第二标准具，从第二标准具反射回来的光束再次经过偏振改变元件转换成S-偏振光，返回第二PBS棱镜后借由其分光面反射至第一PBS棱镜导向第一偏振改变元件和第一标准具元件，从第一标准具元件返回的S-偏振光再次经过第一偏振改变元件转换成P-偏振光穿过第一PBS棱镜后通过光环形器的第三端口接收，从第二端口输出传出。
其中，较佳方案为：所述光引导元件为双折射棱镜块。
其中，较佳方案为：所述偏振改变元件为1/4波片或法拉第片。
其中，较佳方案为：所述第一标准具元件、第二标准具元件...第N标准具元件集成为左右两块的标准具A和标准具B。
其中，较佳方案为：所述第一偏振改变元件、第二偏振改变元件、第三偏振改变元件...第N偏振改变元件集成为左右两块的偏振改变元件A和偏振改变元件B。
这样本发明具有的优点为：由于在更大范围满足带宽的同时，结构更加紧凑小型化的色散补偿器。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明一种色散补偿器的光路结构进一步说明。
图1为本发明一种色散补偿器的第一实施例的光路结构图。
图2为本发明一种色散补偿器的第二实施例的光路结构图。
图3为本发明一种色散补偿器的第三实施例的光路结构图。
图4为本发明一种色散补偿器的第四实施例的光路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种色散补偿器的工作原理做进一步说明。
图1为本发明一种色散补偿器的第一实施例的结构原理图，如图1所示：所述色散补偿器10包括多组PBS棱镜、1/4波片、标准具元件(Etalon)、一反射镜以及一光环形器，所述PBS棱镜的分光面呈45°设置，并被配置为P-偏振光透射，对S-偏振光反射。如图1所示：P偏振光束经由光环形器11的第一端口1入射，经由第三端口3传输到第一PBS棱镜121，经过第一1/4波片131射入第一标准元件141，从所述的第一标准具元件141反射回来的光再次经过第一1/4波片131后变成S-偏振光(图中用圆点表示)，然后再次入射到第一PBS棱镜121的分光面，所述S-偏振光被第一个PBS棱镜反射导向第二PBS棱镜122，并被第二PBS棱镜122的分光面反射导向第二1/4波片132和第二标准具元件142，从所述第二标准具元件142反射的光通过第二1/4波片132后又被切换成P-偏振光再通过第三1/4波片133和第三标准具元件143的组合后，其偏振态被切换为S-偏振光，然后入射到第二PBS棱镜122的分光面被反射导向到第三PBS棱镜123，所述光的光路依此规律往返反射传播，直到经过第N个PBS棱镜12n反射后，经过一反射镜15反射回来第N个棱镜后，依据上述光路反向传输，反射到第三PBS棱镜123的P-偏振光，通过第三PBS棱镜123的分光面反射导向第三1/4波片133和第三标准具元件143，从第三标准具元件143反射回来的光束再次经过第三1/4波片133，光束转换成S-偏振光返回穿过第二PBS棱镜122后导向第二1/4波片和第二标准具142，从第二标准具142反射回来的光束再次经过1/4波片转换成S-偏振光，返回第二PBS棱镜122后借由其分光面反射至第一PBS棱镜121导向第一1/4波片131和第一标准具元件141，从第一标准具元件141返回的S-偏振光再次经过第一1/4波片转换成P-偏振光穿过第一PBS棱镜121后通过光环形器11的第三端口3接收，从第二端口2输出传出。本实施例中，从光环形器11的第一端口1输入的光束经过多组PBS棱镜、1/4波片以及标准具元件后借由一反射镜15反射回来再次经过多组PBS棱镜、1/4波片以及标准具元件，后借光环形器11的第二端口2输出。
本实施例中，所述1/4波片可以通过同等功效的法拉第片替代。
图2为本发明色散补偿器的第二实施例的结构原理图，如图2所示：和第一实施例相比较上述第一标准具元件141、第二标准具元件142、第三标准具元件143...第N标准具元件14N分成左右两侧标准具14A和标准具14B；上述第一1/4波片131、第二1/4波片132、第三1/4波片133...第N1/4波片13N集成为左右两侧1/4波片13A和1/4波片13B；上述第一PBS棱镜121、第二PBS棱镜122、第三PBS棱镜133...第N个PBS棱镜13N集成为一个PBS棱镜13具有N个分光面来实现，本实施例色散补偿器包括一光环形器21，左右侧标准具14A、14B，左右波片13A、13B、PBS棱镜12以及一反射镜22，本实例的光工作原理和第一实施例的一致，再次不再累述。
图3为本发明色散补偿器的第三实施例的结构原理图，如图3所示：所述色散补偿器10包括一个双折射晶体块、多组1/4波片、多组标准具元件(Etalon)、一反射镜以及一光环形器，如图3所示：线偏振光束L经由光环形器31的第一端口1入射，经由第三端口3传输到双折射晶体块31，垂直从双折射晶体块31的表面入射，在双折射晶体块31内平行传输到第一1/4波片331，通过第一1/4波片331转变成圆偏振光，后射入第一标准元件341，从所述的第一标准具元件341反射回来的光再次经过第一1/4波片331后变成线偏振光束，由于光偏振态旋转了90°，光束偏移原来方向传输导向第二1/4波片332和第二标准具元件342，从所述第二标准具元件342反射的光再次通过第二1/4波片332转换成线偏振光束通过双折射晶体块31和第一次光路一致，再通过第三1/4波片333转换成圆偏振光，作用于第三标准具元件343的组合后反射再次回第三1/4波片333由圆偏振光转换成线偏振光，所述光的光路依此规律往返反射传播，直到经过第N次双折射晶体块31后，经过一反射镜15反射回来双折射晶体块31，依据上述光路反向传输，反射导向第三1/4波片333和第三标准具元件343，从第三标准具元件343反射回来的光束再次经过第三1/4波片333，光束转换成线偏振光返回双折射晶体块31后导向第二1/4波片332和第二标准具342，从第二标准具342反射回来的光束再次经过第二1/4波片332，有圆偏振光转换成线偏振光，返回双折射晶体块31偏移一段距离后导向第一1/4波片331和第一标准具元件341，从第一标准具元件341返回的圆偏振光再次经过第一1/4波片转换成线偏振光穿过双折射晶体块31后通过光环形器32的第三端口3接收，从第二端口2输出传出。本实施例中，从光环形器32的第一端口1输入的光束多次经过双折射晶体块、1/4波片以及标准具元件后借由一反射镜35反射回来再次多次经过双折射晶体块、1/4波片以及标准具元件，后借光环形器31的第二端口2输出。
图4为本发明色散补偿器的第四实施例的结构原理图，如图4所示：该色散补偿器40包括一光环形器44、两个标准具元件411、412，所述标准具元件411、412之间设有双折射晶体块42，所述标准具411和双折射晶体块42之间设有1/4波片431；所述标准具元件412和双折射晶体块42之间设有1/4波片432，以及一反射镜45。线偏振的输入光束L经过光环形器34的第一端口1输入经过第三端口3进入双折射晶体块42中传输，垂直与双折射晶体块42表面，接着通过1/4波片431后变成圆偏振光，经过标准具元件411作用反射回1/4波片431，再次变成线偏振光，但是在不同的方向上，偏移一段距离，当光束传递回来通过1/4波片432变成圆偏振光，经过标准具元件412作用返回再次返回1/4波片432转变成线偏振光，经由双折射晶体块42中传输偏离一段距离传输，光路如此反复在双折射晶体块42中在位置上横向偏移，如图2所示的垂直偏移，最后光借由反射镜45将光束反射回上述两个标准具之间，经过反复多次，光束借由光环形器44的第三端口3接收，借由第二端口输出。
本实施例中，所述1/4波片可以通过同等功效的法拉第片替代。
本发明的优点在于：在更大范围满足带宽的同时，结构更加紧凑小型化。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (6)

1.一种色散补偿器包括光引导元件、两组偏振改变元件阵列以及两组标准具元件阵列，其特征在于：还包括一反射镜以及一光环形器，偏振光束L经由光环形器的第一端口入射，经由第三端口传输到光引导元件，经过第一偏振改变元件射入第一标准元件，从所述第一标准具元件反射回来的光再次经过第一偏振改变元件后变成和入射光束L相互垂直的偏振态的光束L1，所述光束L1再次入射至光引导元件，偏移一段距离引导至第二偏振改变元件和第二标准具元件，从所述第二标准具元件反射的光通过第二偏振改变元件后转变成和光束L偏振态一致的光束L2，经过光引导元件引导至第三偏振改变元件和第三标准具元件的组合后，其偏振态被切换成垂直于光束L的偏振态的光束L3，所述光的光路依此规律往返反射传播，直到经过在光引导元件后，经过反射镜反射回光引导元件，依据上述光路反向传输，反射导向第三偏振改变元件和第三标准具元件，从第三标准具元件反射回来的光束再次经过第三偏振改变元件，光束L4转换成和光束L偏振态相互垂直，返回经由光引导元件导向第二偏振改变元件和第二标准具，从第二标准具反射回来的光束再次经过偏振改变元件转换和光束L偏振态一致的光束L3，借由光引导元件导向第一偏振改变元件和第一标准具元件，从第一标准具元件返回的光束L3再次经过第一偏振改变元件转换成和光束L偏振态垂直的光束L2通过光引导元件导向光环形器的第三端口接收，从第二端口输出。
2.根据权利要求1所述的色散补偿器，其特征在于：所述光引导元件由第一PBS棱镜、第二PBS棱镜、第三PBS棱镜...第n个PBS棱镜组成，P偏振光束经由光环形器的第一端口入射，经由第三端口传输到第一PBS棱镜，经过第一偏振改变元件射入至第一标准元件，从所述的第一标准具元件反射回来的光再次经过第一偏振改变元件后变成S-偏振光，然后再次入射到第一PBS棱镜的分光面，所述S-偏振光被第一个PBS棱镜反射导向第二PBS棱镜，并被第二PBS棱镜的分光面反射导向第二偏振改变元件和第二标准具元件，从所述第二标准具元件反射的光通过第二偏振改变元件后又被切换成P-偏振光再通过第三偏振改变元件和第三标准具元件的组合后，其偏振态被切换为S-偏振光，然后入射到第二PBS棱镜的分光面被反射导向到第三PBS棱镜，所述光的光路依此规律往返反射传播，直到经过第N个PBS棱镜反射后，经过一反射镜反射回来第N个PBS棱镜后，依据上述光路反向传输，反射到第三PBS棱镜的P-偏振光，通过第三PBS棱镜的分光面反射导向第三偏振改变元件和第三标准具元件，从第三标准具元件反射回来的光束再次经过第三偏振改变元件，光束转换成P-偏振光返回穿过第二PBS棱镜后导向第二偏振改变元件和第二标准具，从第二标准具反射回来的光束再次经过偏振改变元件转换成S-偏振光，返回第二PBS棱镜后借由其分光面反射至第一PBS棱镜导向第一偏振改变元件和第一标准具元件，从第一标准具元件返回的S偏振光再次经过第一偏振改变元件转换成P-偏振光穿过第一PBS棱镜后通过光环形器的第三端口接收，从第二端口输出传出。
3.根据权利要求1所述的色散补偿器，其特征在于：所述光引导元件为双折射棱镜块。
4.根据权利要求1所述的色散补偿器，其特征在于：所述偏振改变元件为1/4波片或法拉第片。
5.根据权利要求1-4中任一所述的色散补偿器，其特征在于：所述第一标准具元件、第二标准具元件...第N标准具元件集成为左右两块的标准具A和标准具B。
6.根据权利要求1-4所述的色散补偿器，其特征在于：所述第一偏振改变元件、第二偏振改变元件、第三偏振改变元件...第N偏振改变元件集成为左右两块的偏振改变元件A和偏振改变元件B。
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