CN1313853C - 偏振模色散补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种偏振模色散补偿器，属于光纤通信领域。该补偿器包括偏振控制器、可变光延迟线单元和反馈控制电路，可变延迟线单元是由保偏光纤和若干个MEMS光开关组成，保偏光纤分为上路光纤段和下路光纤段，上、下路光纤通过MEMS光开关连接。通过控制MEMS光开关的开关状态准确控制补偿系统引入的差分群延迟，使可变光延迟线单元的DGD值与系统中的DGD值相等，从而实现较完全的一阶偏振模色散补偿。

Description

偏振模色散补偿器

技术领域

本发明属于光纤通信领域，具体涉及到一种偏振模色散补偿器。

背景技术

随着光衰减和光纤群速度色散问题逐渐解决，偏振模色散(PMD)成为下一个光纤通信系统待解决的主要难题。PMD会引起光脉冲展宽，限制光通信的容量。与其它光纤中存在的大部分问题不同，PMD是随光脉冲在光纤中的传播而随机变化，时变的一阶和高阶效应随传输距离和比特率增加而劣化。当传输速率较低或者线路中PMD值较小时，主要考虑一阶效应的影响，且一阶PMD的补偿结构简单、便于控制、补偿效果较好，因此对一阶PMD补偿器的研究也一直在进行。

目前，存在多种一阶PMD补偿的方案，分电补偿和光补偿两种，主要以光补偿为主。参考图1，采用光补偿设计的PMD补偿器，主要包括一个偏振控制器、一段保偏光纤和反馈控制电路。偏振控制器的作用是调整输入光的两个主偏振态，使之与保偏光纤的快慢轴相匹配，经保偏光纤引入适当的差分群时延，使输入光通过偏振控制器和保偏光纤即可得到补偿；反馈控制电路与偏振控制器连接，先利用特定频率分量功率法或DOP测量法等方法获得经过补偿后仍存在的PMD的方向和大小信息，然后反馈到偏振控制器；保偏光纤长度的选取一般是让其引入的差分群时延(DGD)等于系统中存在的平均DGD值。该PMD补偿器结构简单、响应速度快、但是由于保偏光纤长度固定，其补偿特点是固定差分群时延，所以会出现欠补偿和过补偿。为了解决上述问题，现有技术进一步提供了一种可变光延时线补偿器，参考图2，它由偏振控制器、偏振分束器/合波器(PBS/PBC)和可变光延迟线单元组成。偏振分束器的两个臂分别连接可变光延迟线和固定段光纤，两个臂之间的相对时间延迟量由控制算法提供的反馈电信号控制，但由于可变光延时线是靠丝杆的转动实现光程的变化，控制的速度取决于延迟线的调整速度，往往补偿的时间比较长。

发明内容

本发明克服了上述一阶PMD补偿器的缺陷，提供一种补偿效果好的PMD补偿器。

本发明的技术内容：一种偏振模色散补偿器，包括：偏振控制器、可变光延迟线单元和反馈控制电路，可变延迟线单元是由保偏光纤和若干个MEMS光开关组成，保偏光纤分为上路光纤段和下路光纤段，上、下路光纤通过MEMS光开关连接。

保偏光纤由n+1段下路和n段上路等长光纤组成，上、下路光纤快轴(或慢轴)互相垂直，通过控制MEMS的开关状态可以得到2ⁿ种DGD值，分辨率为a。

所述n和a根据光纤通信系统要求补偿的最大DGD值和系统允许残余的DGD值确定。

增加一个可调光衰减器，在引入光延迟线长度变化时微调输出光功率。

本发明的技术效果：可变光延迟线单元包括n+1段下路光纤、n段上路光纤的保偏光纤和n个MEMS光开关组成。MEMS光开关既有机械式光开关的低插损、低串扰、低偏振敏感性和高消光比的优点，又有波导开关的高开关速度、小体积、易于大规模集成等优点，通过控制MEMS光开关的开关状态控制补偿系统引入的差分群延迟，使可变光延迟线单元的DGD值与系统中的DGD值相等，从而实现较完全的一阶偏振模色散补偿。基于MEMS光开关的高开关速度，本发明的补偿方法补偿速度很高，足以满足在高速光纤通信系统中的应用。

附图说明

下面结合附图，对本发明做出详细描述。

图1为现有的一阶偏振模色散补偿器的结构示意图；

图2为现有基于可变光延迟线的偏振模色散补偿器结构示意图；

图3为本发明一阶偏振模色散补偿器的结构示意图；

图4为本发明的可变光延迟线单元的结构示意图；

图5为本发明的MEMS光开关的结构示意图。

具体实施方式

参考图3，从光纤通信系统(或者PMD模拟器)输出的光信号的一小部分经由耦合器进入探测反馈电路，得到系统中PMD的方向和大小信息。采用的反馈控制单元包括利用特定频率分量功率法和DOP测量法的各种反馈控制机制。另外绝大部分的光信号进入补偿器进行PMD补偿。PMD补偿器包括偏振控制器、可变光延迟线单元、反馈控制电路和可调光衰减器。

首先计算机处理探测得到的PMD信息后，将控制信号反馈到偏振控制器的控制接口，控制偏振控制器产生与系统PMD方向相反的偏振态，所采用的偏振控制器为全光学偏振控制在内的各种偏振控制器。其次，经过调整后的光信号进入可变光延迟线单元。参考图4，可变光延迟线单元出保偏光纤和MEMS光开关组成，保偏光纤分为上路光纤段和下路光纤段。

参考图5，本发明采用微镜反射型MEMS光开关，该MEMS光开关包括固定部分和可动的活动微镜，活动微镜由驱动器驱动，驱动方式主要有平行板电容静电驱动；梳状静电驱动器驱动；电致、磁致伸缩驱动；形变记忆合金驱动；光功率驱动；热驱动等，活动微镜的悬臂梁侧壁用作反射镜，在自然状态下，光有一反射输出。本发明采用梳状静电驱动器驱动MEMS光开关，微镜的两个面都具有很强的反射能力，当在MEMS光开关的可动和固定部分之间的梳齿式交叉电极上加电压，静电力使悬臂梁在力的方向上产生约45um的平动位移，使微镜平行移动，当微镜缩回的时候，悬臂梁的端部就不再对光有阻断作用，光束走直通的光路，反之，光束被反射。

参考图4，可变延迟线单元是由n个MEMS光开关3和n+1段下路光纤2、n段上路光纤1组成，上、下路光纤通过MEMS光开关连接，上、下路光纤的快轴(或慢轴)间的夹角为90度。当MEMS状态为“关”时，即驱动器不加电，光束走经微镜反射的通路时，只有下路光纤段接入到系统中，当MEMS状态为“开”时，即驱动器加电后微镜缩回时，上路光纤段也接入补偿系统，这时相邻的上下路光纤的快轴与慢轴重合，所引入的差分群时延就相互抵消。通过合理设计保偏光纤引入的DGD，调整可变光延迟线单元的DGD值与系统中的DGD值相等。n个MEMS级联的光延迟线就能产生2ⁿ种不同的DGD值。设该延迟线中最短的保偏光纤产生的DGD＝b，上路的n段光纤产生的DGD值分别为a，2a，4a，…，a·2^n-1，下路的n+1段光纤产生的DGD分别为b，a，2a，4a，…，a·2^n-1，通过控制n个MEMS的开关状态，可以产生b，b+a，b+2a，b+3a，b+4a，…，b+a·(2ⁿ-1)共2ⁿ种DGD状态，分辨率为a。n为根据光纤通信系统中最大DGD值和系统允许残余的DGD值确定的某个自然数，a值由系统允许的残余DGD值确定，b为当系统中没有PMD时补偿其引入的PMD误差，当然b越小越好，而实际b也很容易做得很小。简单的计算如下：设光纤通信系统中最大DGD＝x，系统允许的最大DGD＝y，则要求补偿系统分辨率小于等于2y，这样a就可以取2y，b取小于y的值，这样系统分辨率就为a＝2y，由此确定保偏光纤的材料和长度；补偿系统需要产生N≥x/2y种DGD值，即2ⁿ≥x/2y，就此完全确定了n和a的值。例如，设要补偿的光纤通信系统的DGD最大值为45ps，系统允许的最大DGD为0.75ps。为满足要求，需要最小长度的保偏光纤段产生的DGD≤0.75，所以可以b为小于0.75ps的一个很小的值，a值取为1.5ps，补偿系统的分辨率也是1.5ps，这样就需要30种DGD状态，根据2ⁿ≥30，得到n可以取5，即保偏光纤为11段，MEMS光开关为5个。例如用工作在1550nm附近的拍长为2mm的熊猫型保偏光纤，则0.1m保偏光纤产生的DGD值为0.25ps，因此可以取最短的保偏光纤段为0.1m，然后上下路的5段光纤的长度依次是0.6m，1.2m，2.4m，4.8m，9.6m。这样的补偿系统通过控制5个MEMS的32种开关状态可以产生0.25ps，1.75ps，3.25ps，4.75ps，……，46.75ps共32种状态，残余的DGD≤0.75ps，可补偿的最大DGD值为46.75ps，满足系统要求。

同时微调可调光衰减器稳定光功率输出，即可达到最佳的补偿效果。

Claims (4)

1、一种偏振模色散补偿器，包括：偏振控制器、可变光延迟线单元和反馈控制电路，其特征在于：可变光延迟线单元是由保偏光纤和MEMS光开关组成，保偏光纤分为上路光纤段和下路光纤段，上、下路光纤通过MEMS光开关连接。

2、如权利要求1所述的偏振模色散补偿器，其特征在于：保偏光纤是由n+1段下路光纤和n段上路光纤组成，上、下路光纤的快轴或慢轴互相垂直，通过控制MEMS的开关状态得到2ⁿ种差分群时延值，分辨率为a。

3、如权利要求2所述的偏振模色散补偿器，其特征在于：所述n和a根据光纤通信系统要求补偿的最大差分群时延值和系统允许残余的差分群时延值确定。

4、如权利要求1所述的偏振模色散补偿器，其特征在于：增加一个可调光衰减器，用于可变光延迟线长度变化时微调输出光功率。

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