CN107453836B - 一种级联光纤相位补偿器和光纤传输系统 - Google Patents

一种级联光纤相位补偿器和光纤传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明为一种级联光纤相位补偿器和光纤传输系统，本补偿器第一波分复用器解波分所得单纵模激光信号由光纤分路器分束，一束经光隔离器送入光纤干涉仪作为光源。光纤干涉仪检测端经反馈控制电路连接光纤相位调制器，第一、二波分复用器反射端相连接，业务光信号送入第二波分复用器与单纵模激光重新合波；合波信号经光纤相位调制器相位补偿后接入本级传输光纤。光纤传输系统的传输光纤分为每段≤25km的多段，始发端光纤相位补偿器为含单纵模激光器的光纤相位补偿器，第二段起每段传输光纤首端加一台级联光纤相位补偿器，到达接收端解波分光纤盒。各级联光纤相位补偿器无单纵模激光器，分别消除各段的相位漂移，极大降低稳相光纤传输系统成本。

Description

一种级联光纤相位补偿器和光纤传输系统
技术领域
本发明涉及光纤传输射频相参信号的光纤稳相传输设备，具体涉及一种级联光纤相位补偿器和光纤传输系统。
背景技术
光纤相位补偿器是一种应用于光纤传输射频相参信号的光纤稳相传输设备。现有的发射端的光纤相位补偿器主机包括单纵模激光器、光纤干涉仪、反馈控制电路、波分复用器、基于PZT的光纤相位调制器，传输光纤另一端为解波分复用器和光纤反射镜构成的解波分光纤盒。传输光纤两端的设备共同完成传输光纤的光纤相位抖动补偿，以及业务信号在传输光纤上的透明传输。
由于单纵模激光器相干长度限制，现有的光纤相位补偿器的补偿量程有限。目前单个光纤相位补偿器只能补偿最大25km长度传输光纤的相位漂移。对于传输距离更长的光纤，则需要多个光纤相位补偿器进行分段补偿。光纤相位补偿器的主要成本在于单纵模激光器，每个光纤相位补偿器均需要配置一个单纵模激光器，使得长距离光纤传输时，用于稳相的光纤相位补偿器的使用成本偏高。
发明内容
为了克服长距离传输光纤使用多个光纤相位补偿器进行稳相、导致使用成本高的缺点，本发明提供一种级联光纤相位补偿器，其采用上一级单纵模激光信号、自身不配置单纵模激光器，位于长距离传输光纤各段节点上，相互级联，第一波分复用器将接入的合波信号解波分，所得单纵模激光信号输出到光纤分路器分束，一束由光纤反射镜反射经光纤分路器和第一波分复用器返回上一级传输光纤；另一束经光隔离器送入光纤干涉仪。光纤干涉仪的测量臂连接第二波分复用器的透射端，光纤干涉仪的检测端经反馈控制电路连接光纤相位调制器，第一、二波分复用器的反射端相连接，第一波分复用器解波分所得的上一级的业务光信号送入第二波分复用器与单纵模激光信号重新合波；第二波分复用器的公共端输出业务信号与单纵模激光信号的合波信号经光纤相位调制器进行相位补偿后接入本级传输光纤。各级联光纤相位补偿器分别消除各段的相位漂移，极大地降低光纤稳相传输系统的设备成本。
本发明的另一目的是提供采用本发明级联光纤相位补偿器的光纤传输系统，当传输光纤超过25km时，将传输光纤分为每段长度小于或等于25km的多段，始发端的第一个光纤相位补偿器为普通的含单纵模激光器的光纤相位补偿器，从第二段传输光纤开始每段传输光纤首端加一个本发明的级联光纤相位补偿器，最后一段传输光纤的尾端连接解波分光纤盒。
本发明提供的一种级联光纤相位补偿器包括波分复用器、光纤分路器、光纤反射镜、光纤干涉仪、光纤相位调制器和反馈控制电路。
本发明的第一波分复用器有三个端口，分别为公共端、透射端、反射端，其透射端中心波长与单纵模激光波长一致，且其透射带宽内不包含业务信号波长；上一级传输光纤接入第一波分复用器的公共端送入单纵模激光信号与业务光信号的合波信号；合波信号由第一波分复用器解波分，所得单纵模激光信号由其透射端输出到光纤分路器输入端；光纤分路器对单纵模激光信号进行分束分别由其直通端和耦合端输出，光纤分路器的直通端连接光纤反射镜，光纤反射镜反射分束的部分单纵模激光信号经光纤分路器和第一波分复用器返回上一级传输光纤；光纤分路器的耦合端经光隔离器连接光纤干涉仪的输入端，将分束的另一部分单纵模激光信号作为本级激光源光信号送入光纤干涉仪。光纤干涉仪的测量臂连接第二波分复用器的透射端，光纤干涉仪的检测端经反馈控制电路连接光纤相位调制器，第二波分复用器的反射端与第一波分复用器的反射端连接，第一波分复用器解波分所得的上一级的业务光信号送入第二波分复用器与单纵模激光信号重新合波；第二波分复用器的公共端输出业务信号与单纵模激光信号的合波信号经光纤相位调制器接入本级传输光纤。
所述光纤干涉仪包括基于2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器的迈克尔逊干涉仪和作为参考臂的干涉仪光纤反射镜。
所述反馈控制电路包含光电检测模块、相位漂移识别模块和相位补偿反馈控制模块。反馈控制电路的光电检测模块将光纤干涉仪输出的光信号转换为电信号，送入相位漂移识别模块检测单纵模激光在传输光纤传输过程中的相位漂移，相位补偿反馈控制模块根据相位漂移量得到光纤相位调制器的控制电压，接入光纤相位调制器控制其对单纵模激光信号进行相位补偿。
所述光纤分路器的分光比为(1/99)至(50/50)，其中大分光比输出端接光纤反射镜，小分光比输出端接光隔离器。
所述光隔离器用于隔离本地光纤干涉仪输出的光信号，使之不能返回上一级传输光纤。当输入光隔离器的光功率较小无法满足光纤干涉仪检测要求时，所述光隔离器替换为带有隔离器的光放大器，所述光放大器工作波长覆盖单纵模激光信号波长。
所述光纤相位调制器是一组或两组基于光纤缠绕在发射型压电陶瓷的光纤相位调制器，或者是一组基于光纤缠绕在发射型压电陶瓷的器件和一组连续可调光纤延迟线构成的光纤相位调制器。
采用本发明级联光纤相位补偿器的光纤传输系统如下，当传输光纤的始发端与接收端的距离超过25km时，传输光纤分为n段，n≥2，每段传输光纤的长度小于或等于25km；第一段传输光纤的首端，即始发端所接的光纤相位补偿器为普通的含单纵模激光器的光纤相位补偿器，从第二段传输光纤开始，每段传输光纤首端接一个本发明的级联光纤相位补偿器，经n段传输光纤和n-1个本发明级联光纤相位补偿器，最后一段传输光纤尾端连接接收端的解波分光纤盒。所述解波分光纤盒包括接收端波分复用器和接收端光纤反射镜。接收端波分复用器的公共端连接最后一段的传输光纤，接收的光信号解波分为业务光信号和单纵模激光信号，接收端波分复用器的反射端输出相位稳定的业务光信号。
与现有技术相比，本发明一种级联光纤相位补偿器和光纤传输系统的有益效果是：长距离传输光纤只需分段使用多个级联光纤相位补偿器，本级联光纤相位补偿器不含单纵模激光器，其一台的成本仅为带有单纵模激光器的现有一台光纤相位补偿器成本的20％左右，大幅度降低长距离光纤传输系统的成本。
附图说明
图1为本级联光纤相位补偿器实施例结构示意图；
图2为采用本级联光纤相位补偿器实施例的光纤传输系统实施例结构示意图。
具体实施方式
级联光纤相位补偿器实施例
本级联光纤相位补偿器实施例如图1所示，第一波分复用器有三个端口，分别为公共端、透射端、反射端，其透射端中心波长与单纵模激光波长一致，且其透射带宽内不包含业务信号波长；上一级传输光纤接入第一波分复用器的公共端送入单纵模激光信号与业务光信号的合波信号；合波信号由第一波分复用器解波分，所得单纵模激光信号由其透射端输出到光纤分路器输入端；光纤分路器对单纵模激光信号进行分束分别由其直通端和耦合端输出，光纤分路器的直通端连接光纤反射镜，光纤反射镜反射分束的部分单纵模激光信号经光纤分路器和第一波分复用器返回上一级传输光纤；光纤分路器的耦合端经光隔离器连接光纤干涉仪的输入端，将分束的另一部分单纵模激光信号作为本级激光源光信号送入光纤干涉仪。光纤干涉仪的测量臂连接第二波分复用器的透射端，光纤干涉仪的检测端经反馈控制电路连接光纤相位调制器，第二波分复用器的反射端与第一波分复用器的反射端连接，第一波分复用器解波分所得的上一级的业务光信号送入第二波分复用器与单纵模激光信号重新合波；第二波分复用器的公共端输出业务信号与单纵模激光信号的合波信号经光纤相位调制器接入本级传输光纤。
本例光纤干涉仪为基于3×3光纤耦合器的迈克尔逊干涉仪和作为参考臂的干涉仪光纤反射镜。
本例反馈控制电路包含光电检测模块、相位漂移识别模块和相位补偿反馈控制模块。反馈控制电路的光电检测模块将光纤干涉仪的输出光信号转换为电信号，送入相位漂移识别模块检测单纵模激光在传输光纤传输过程中的相位漂移，相位补偿反馈控制模块根据相位漂移量得到光纤相位调制器的控制电压，接入光纤相位调制器控制其对单纵模激光信号进行相位补偿。
本例光纤分路器的分光比为1/99，其中大分光比输出端接光纤反射镜，小分光比输出端接光隔离器。
本例光纤相位调制器是两组基于光纤缠绕在发射型压电陶瓷的光纤相位调制器。
当输入光隔离器的光功率较小无法满足光纤干涉仪检测要求时，本例光隔离器可替换为带有隔离器的光放大器，光放大器工作波长覆盖单纵模激光信号波长。
采用级联光纤相位补偿器的光纤传输系统实施例
本光纤传输系统实施例如图2所示，本例采用上述级联光纤相位补偿器实施例，传输光纤的始发端与接收端的距离为100km时，本例传输光纤分为4段，每段传输光纤的长度为25km，第一段传输光纤的首端，即始发端所接的光纤相位补偿器为普通的含单纵模激光器的光纤相位补偿器，业务光信号Sin接入光纤相位补偿器，与单纵模激光合波后进入第一段传输光纤，从第二段传输光纤开始，每段传输光纤首端接一个本发明的级联光纤相位补偿器，依次经第一级级联光纤相位补偿器、第二段传输光纤、第二级级联光纤相位补偿器、第三段传输光纤、第三级级联光纤相位补偿器、第四段传输光纤，第四段传输光纤尾端连接接收端的解波分光纤盒。本例解波分光纤盒包括接收端波分复用器和接收端光纤反射镜。接收端波分复用器的公共端连接第四段的传输光纤，接收的光信号解波分为业务光信号和单纵模激光信号，接收端波分复用器的反射端输出相位稳定的业务光信号Sout。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种级联光纤相位补偿器，包括波分复用器、光纤分路器、光纤反射镜、光纤干涉仪、光纤相位调制器和反馈控制电路；其特征在于：
第一波分复用器有三个端口，分别为公共端、透射端、反射端，其透射端中心波长与单纵模激光波长一致，且其透射带宽内不包含业务信号波长；上一级传输光纤接入第一波分复用器的公共端送入单纵模激光信号与业务光信号的合波信号；合波信号由第一波分复用器解波分，所得单纵模激光信号由其透射端输出到光纤分路器输入端；光纤分路器对单纵模激光信号进行分束分别由其直通端和耦合端输出，光纤分路器的直通端连接光纤反射镜，光纤反射镜反射分束的部分单纵模激光信号经光纤分路器和第一波分复用器返回上一级传输光纤；光纤分路器的耦合端经光隔离器连接光纤干涉仪的输入端，将分束的另一部分单纵模激光信号作为本级激光源光信号送入光纤干涉仪；光纤干涉仪的测量臂连接第二波分复用器的透射端，光纤干涉仪的检测端经反馈控制电路连接光纤相位调制器，第二波分复用器的反射端与第一波分复用器的反射端连接，第一波分复用器解波分所得的上一级的业务光信号送入第二波分复用器与单纵模激光信号重新合波；第二波分复用器的公共端输出业务信号与单纵模激光信号的合波信号经光纤相位调制器接入本级传输光纤；
所述反馈控制电路包含光电检测模块、相位漂移识别模块和相位补偿反馈控制模块；反馈控制电路的光电检测模块将光纤干涉仪的输出光信号转换为电信号，送入相位漂移识别模块检测单纵模激光在传输光纤传输过程中的相位漂移，相位补偿反馈控制模块根据相位漂移量得到光纤相位调制器的控制电压，接入光纤相位调制器控制其对单纵模激光信号进行相位补偿。
2.根据权利要求1所述的级联光纤相位补偿器，其特征在于：
所述光纤干涉仪包括基于2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器的迈克尔逊干涉仪和作为参考臂的干涉仪光纤反射镜。
3.根据权利要求1所述的级联光纤相位补偿器，其特征在于：
所述光纤分路器的分光比为(1/99)至(50/50)，其中大分光比输出端接光纤反射镜，小分光比输出端接光隔离器。
4.根据权利要求1所述的级联光纤相位补偿器，其特征在于：
当输入光隔离器的光功率较小无法满足光纤干涉仪检测要求时，所述光隔离器替换为带有隔离器的光放大器，所述光放大器工作波长覆盖单纵模激光信号波长。
5.根据权利要求1所述的级联光纤相位补偿器，其特征在于：
所述光纤相位调制器是一组或两组基于光纤缠绕在发射型压电陶瓷的光纤相位调制器，或者是一组基于光纤缠绕在发射型压电陶瓷的器件和一组连续可调光纤延迟线构成的光纤相位调制器。
6.采用权利要求1至5中任一项所述的级联光纤相位补偿器的光纤传输系统，其特征在于：
传输光纤的始发端与接收端的距离超过25km时，传输光纤分为n段，n≥2，每段传输光纤的长度小于或等于25km；第一段传输光纤的首端，即始发端所接的光纤相位补偿器为普通的含单纵模激光器的光纤相位补偿器，从第二段传输光纤开始，每段传输光纤首端接一个所述级联光纤相位补偿器，经n段传输光纤和n-1个所述级联光纤相位补偿器，最后一段传输光纤尾端连接接收端的解波分光纤盒。
7.根据权利要求6所述的级联光纤相位补偿器的光纤传输系统，其特征在于：
所述解波分光纤盒包括接收端波分复用器和接收端光纤反射镜；接收端波分复用器的公共端连接最后一级的传输光纤，接收的光信号解波分为业务光信号和单纵模激光信号，接收端波分复用器的反射端输出的业务光信号。
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