CN108683459B - 一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器 - Google Patents

一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器 Download PDF

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Abstract

本发明为一种基于马赫‑曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，单纵模激光信号经1×2光纤耦合器分出一路接入第一波分复用器透射端，业务光信号接入其反射端，其公共端输出合波信号经传输光纤接入光纤相位调制器；相位补偿后的光信号送到第二波分复用器公共端解波分，其反射端输出相位补偿后的业务光信号，其透射端输出的激光信号接入3×3光纤耦合器一输入端为MZ干涉仪测量臂；1×2光纤耦合器分出的另一路激光信号接入3×3光纤耦合器另一输入端为MZ干涉仪参考臂；两激光信号相干输出三路相位差120度的干涉信号，其中两路接入反馈控制电路，得到相位控制信号接入光纤相位调制器对光信号相位补偿。含光纤放大器的传输光纤也能得相位补偿。

Description

一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器
技术领域
本发明涉及一种光纤传输射频相参信号、激光相干信号或同步激光信号的光纤稳相传输设备，具体涉及一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器。
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，也可以应用在大型激光装置的激光时域同步控制上。现有的发射端的光纤相位补偿器主机包括单纵模激光器、迈克尔逊光纤干涉仪、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，以及业务光信号在传输光纤上的透明传输。
由于现有光纤相位补偿器使用的光纤干涉仪是迈克尔逊干涉仪，激光探测信号需要在传输光纤中往返传输再与本地激光信号干涉，其优点是一定程度上抵消了传输过程中激光偏振态不稳定的问题，但也使得带有单向传输器件的光纤放大器无法实现相位补偿；同时，迈克尔逊干涉仪使激光探测信号传输光程加倍，对激光器的相干长度要求更高。
发明内容
本发明的目的是克服迈克尔逊干涉仪的干涉臂不能使用带有隔离器的光纤放大器的缺点，提供一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，以扩展光纤相位补偿器的适用范围，使包含光纤放大器的传输光纤也能够实现相位漂移的补偿。
本发明设计的一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器包括1×2光纤耦合器，光纤相位调制器和传输光纤，还包括单纵模激光器、两个波分复用器、3×3光纤耦合器和反馈控制电路，单纵模激光器输出的激光信号经1×2光纤耦合器分为两路，其中一路单纵模激光信号接入第一波分复用器的透射端，业务光信号接入第一波分复用器的反射端，第一波分复用器的公共端输出单纵模激光信号与业务光信号的合波信号，合波信号经传输光纤接入光纤相位调制器，或者合波信号直接接入光纤相位调制器再进入传输光纤；光纤相位调制器进行相位补偿后输出的光信号送到第二波分复用器的公共端，第二波分复用器将单纵模激光信号与业务光信号解波分，第二波分复用器的反射端输出相位补偿后的业务光信号，其透射端输出的单纵模激光信号接入3×3光纤耦合器的一个输入端，作为马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量臂；上述1×2光纤耦合器的另一路单纵模激光信号接入3×3光纤耦合器的另一个输入端，作为马赫-曾德尔光纤干涉仪的参考臂；测量臂与参考臂的单纵模激光信号在3×3光纤耦合器里相干输出三路相位差120度的干涉信号，其中两路分别接入反馈控制电路，反馈控制电路检测两路干涉信号，计算传输光纤上的相位漂移大小和方向。根据当前光信号的相位漂移大小和方向所得的相位控制信号接入光纤相位调制器，控制光纤相位调制器对光信号进行光纤相位补偿。
所述第一波分复用器和第二波分复用器结构相同，各有三个端口，分别为公共端、透射端、反射端，其中透射端中心波长与单纵模激光器波长一致，透射带宽内不包含业务光信号波长。
所述光纤相位调制器是一组或两组光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的器件，或者是一组光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的器件与一组可调光纤延迟线的组合，所述可调光纤延迟线为电动可调光纤延迟线或温控可调光纤延迟线。
所述传输光纤是光纤或光缆，在传输光纤前、后或中间插入光纤放大器。
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。
所述光器件均为保偏光器件。
本发明一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器另一种设计也包括1×2光纤耦合器，光纤相位调制器和传输光纤，还包括3×3光纤耦合器、后1×2光纤耦合器和反馈控制电路；业务光信号为连续的单纵模激光信号，直接接入1×2光纤耦合器的输入端，省略第一波分复用器和第二波分复用器，1×2光纤耦合器分出两路光信号，其中的一路光信号直接接入光纤相位调制器再接入传输光纤，或者该路信号先经传输光纤再接入光纤相位调制器，光纤相位调制器相位补偿后输出的光信号送到后1×2光纤耦合器，后1×2光纤耦合器将光信号分为两路，其中功率较大的一路为输出的相位补偿后的业务光信号，其功率较小的另一路光信号接入3×3光纤耦合器的一个输入端，作为马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量臂；上述1×2光纤耦合器的另一路光信号接入3×3光纤耦合器的另一个输入端，作为马赫-曾德尔光纤干涉仪的参考臂；测量臂与参考臂的单纵模激光信号在3×3光纤耦合器里相干，输出三路相位差120度的干涉信号，其中两路分别接入反馈控制电路，反馈控制电路检测两路干涉信号，计算传输光纤上的相位漂移大小和方向；根据当前光信号的相位漂移大小和方向所得的相位控制信号接入光纤相位调制器，控制光纤相位调制器对光信号进行光纤相位补偿。
其中的光纤相位调制器、传输光纤和反馈控制电路的具体要求与前一设计方式相同。
所述后1×2光纤耦合器分光比为(99/1)～(9/1)。
与现有技术相比，本发明一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器的有益效果是：克服了迈克尔逊干涉仪的测量臂只能双向传输激光信号、不支持使用隔离器等单向传输光器件的缺点，使得传输光纤上使用光纤放大器的部分也能实现光纤相位抖动补偿。
附图说明
图1为本基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器实施例1的结构框图；
图2为本基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器实施例2的结构框图。
具体实施方式
基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器实施例1
本基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器实施例1如图1所示，图中实线连接线均为光纤连接，虚线连接线为电信号线连接。本实施例1包括单纵模激光器、1×2光纤耦合器、第一波分复用器、光纤相位调制器、传输光纤、第二波分复用器、3×3光纤耦合器和反馈控制电路。本例的光器件均为保偏光器件。
本例第一波分复用器和第二波分复用器相同，各有公共端口、透射端口和反射端口三个端口。其中透射端中心波长与单纵模激光器波长一致，透射带宽内不包含业务光信号波长。
单纵模激光器输出的激光信号经分光比为30/70的1×2光纤耦合器分为两路，其中70％的一路单纵模激光信号接入第一波分复用器的透射端，业务光信号接入第一波分复用器的反射端，由第一波分复用器的公共端输出单纵模激光信号与业务光信号的合波信号，本例合波信号经传输光纤接入光纤相位调制器，光纤相位调制器进行相位补偿后输出的光信号送到第二波分复用器的公共端，第二波分复用器将单纵模激光信号与业务光信号解波分，第二波分复用器的反射端输出相位补偿后的业务光信号，其透射端输出的单纵模激光信号接入3×3光纤耦合器的一个输入端，作为马赫-曾德尔(MZ)光纤干涉仪的测量臂；上述1×2光纤耦合器的分光比30％的另一路单纵模激光信号接入3×3光纤耦合器的另一个输入端，作为马赫-曾德尔(MZ)光纤干涉仪的参考臂；测量臂与参考臂的单纵模激光信号在3×3光纤耦合器里相干输出三路相位差120度的干涉信号，其中两路分别接入反馈控制电路。本例反馈控制电路包含2个光电检测模块PD1和PD2，还有相位漂移识别模块和相位补偿反馈控制模块。3×3光纤耦合器输出两路干涉信号分别接入反馈控制电路的2个光电检测模块PD1和PD2，转换为电压信号，送入相位漂移识别模块检测两路干涉信号，计算传输光纤上的相位漂移大小和方向，计算结果送入相位补偿反馈控制模块，根据当前光信号的相位漂移大小和方向得到相位控制信号，接入光纤相位调制器，控制光纤相位调制器对光信号进行光纤相位补偿。
本例光纤相位调制器是一组光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的器件和一组电动可调延迟线的组合。
本例传输光纤是10km保偏光纤。
基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器实施例2
本基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器实施例2如图2所示，图中实线连接线均为光纤连接，虚线连接线为电信号线连接。本实施例2包括1×2光纤耦合器，光纤相位调制器、传输光纤、光纤放大器、后1×2光纤耦合器、3×3光纤耦合器和反馈控制电路。
业务光信号为连续的单纵模激光信号，直接接入1×2光纤耦合器的输入端，1×2光纤耦合器分出两路光信号，其中分光70％的一路光信号直接接入光纤相位调制器，再接入传输光纤，光纤相位调制器相位补偿后输出的光信号经传输光纤和其后的光纤放大器送到后1×2光纤耦合器，后1×2光纤耦合器将光信号分为两路，其中99％的一路为输出的相位补偿后的业务光信号，其1％的另一路光信号接入3×3光纤耦合器的一个输入端，作为马赫-曾德尔(MZ)光纤干涉仪的测量臂；上述1×2光纤耦合器的分光30％的光信号接入3×3光纤耦合器的另一个输入端，作为马赫-曾德尔(MZ)光纤干涉仪的参考臂；测量臂与参考臂的单纵模激光信号在3×3光纤耦合器里相干，输出三路相位差120度的干涉信号，其中两路分别接入反馈控制电路，本例反馈控制电路的结构与实施例1相同，其根据当前光信号的相位漂移大小和方向所得的相位控制信号接入光纤相位调制器，控制光纤相位调制器对光信号进行光纤相位补偿。
本例光纤相位调制器由一组基于光纤缠绕在发射型压电陶瓷的器件和一组温控可调光纤延迟线组成。
本例其它光部件的具体要求与实施例1相同。
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 (14)

1.一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，包括1×2光纤耦合器，光纤相位调制器和传输光纤，其特征在于：
还包括单纵模激光器、两个波分复用器、3×3光纤耦合器和反馈控制电路；单纵模激光器输出的激光信号经1×2光纤耦合器分为两路，其中一路单纵模激光信号接入第一波分复用器的透射端，业务光信号接入第一波分复用器的反射端，由第一波分复用器的公共端输出单纵模激光信号与业务光信号的合波信号；合波信号经传输光纤接入光纤相位调制器，或者合波信号直接接入光纤相位调制器再进入传输光纤；光纤相位调制器进行相位补偿后输出的光信号送到第二波分复用器的公共端，第二波分复用器将单纵模激光信号与业务光信号解波分，第二波分复用器的反射端输出相位补偿后的业务光信号，其透射端输出的单纵模激光信号接入3×3光纤耦合器的一个输入端，作为马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量臂；上述1×2光纤耦合器的另一路单纵模激光信号接入3×3光纤耦合器的另一个输入端，作为马赫-曾德尔光纤干涉仪的参考臂；测量臂与参考臂的单纵模激光信号在3×3光纤耦合器里相干输出三路相位差120度的干涉信号，其中两路分别接入反馈控制电路，反馈控制电路检测两路干涉信号，计算传输光纤上的相位漂移大小和方向；根据当前光信号的相位漂移大小和方向得到的相位控制信号接入光纤相位调制器，控制光纤相位调制器对光信号进行光纤相位补偿。
2.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述第一波分复用器和第二波分复用器结构相同，各有三个端口，分别为公共端、透射端、反射端，其中透射端中心波长与单纵模激光器波长一致，透射带宽内不包含业务光信号波长。
3.根据权利要求1或2所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述光纤相位调制器是一组或两组光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的器件，或者是一组光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的器件与一组可调光纤延迟线的组合，所述可调光纤延迟线为电动可调光纤延迟线或温控可调光纤延迟线。
4.根据权利要求1或2所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述传输光纤是光纤或光缆。
5.根据权利要求4所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述传输光纤前、后或中间插入光纤放大器。
6.根据权利要求1或2所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
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。
7.根据权利要求1或2所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述1×2光纤耦合器，光纤相位调制器、单纵模激光器、波分复用器和3×3光纤耦合器均为保偏光器件。
8.一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，包括1×2光纤耦合器，光纤相位调制器和传输光纤，其特征在于：
还包括3×3光纤耦合器、后1×2光纤耦合器和反馈控制电路；业务光信号为连续的单纵模激光信号，业务光信号直接接入1×2光纤耦合器的输入端，1×2光纤耦合器分出两路光信号，其中一路光信号直接接入光纤相位调制器再接入传输光纤，或者该路光信号先经传输光纤再接入光纤相位调制器，光纤相位调制器相位补偿后输出的光信号送到后1×2光纤耦合器，后1×2光纤耦合器将光信号分为两路，其中功率较大的一路为输出的相位补偿后的业务光信号，其功率较小的另一路光信号接入3×3光纤耦合器的一个输入端，作为马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量臂；上述1×2光纤耦合器的另一路光信号接入3×3光纤耦合器的另一个输入端，作为马赫-曾德尔光纤干涉仪的参考臂；测量臂与参考臂的单纵模激光信号在3×3光纤耦合器里相干输出三路相位差120度的干涉信号，其中两路分别接入反馈控制电路，反馈控制电路检测两路干涉信号，计算传输光纤上的相位漂移大小和方向；根据当前光信号的相位漂移大小和方向所得的相位控制信号接入光纤相位调制器，控制光纤相位调制器对光信号进行光纤相位补偿。
9.根据权利要求8所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述后1×2光纤耦合器的分光比为(99/1)～(9/1)。
10.根据权利要求8或9所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述光纤相位调制器是一组或两组光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的器件，或者是一组光纤缠绕在管状发射型压电陶瓷的器件与一组可调光纤延迟线的组合，所述可调光纤延迟线为电动可调光纤延迟线或温控可调光纤延迟线。
11.根据权利要求8或9所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述传输光纤是光纤或光缆。
12.根据权利要求11所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述传输光纤前、后或中间插入光纤放大器。
13.根据权利要求8或9所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
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。
14.根据权利要求8或9所述的基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器，其特征在于：
所述1×2光纤耦合器，光纤相位调制器和3×3光纤耦合器均为保偏光器件。
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