CN1545630A - 偏振模色散仿真器 - Google Patents

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Abstract

本发明披露一种偏振模色散(PMD)仿真器，其能够在光纤跨度上很容易地复现出PMD效应。本发明的PMD仿真器包括：至少两个偏振保持(PM)光纤部分，每一个都具有预定的PMD值；机械旋转装置，旋转PM光纤部分中相邻光纤部分的其中一个；接合在两个相邻PM光纤部分之间的单模光纤，其中该单模光纤具有与任一PM光纤部分的PMD值相比可以忽略的非常小的PMD值。依照本发明，在研究理想光纤跨度的PMD效应的试验中，很容易复制出PMD效应。

Description

偏振模色散仿真器
技术领域
本发明涉及一种偏振模色散(下文称作PMD)仿真器，具体地，本发明涉及一种易于复现出实际光纤传输线PMD现象的PMD仿真器。
背景技术
PMD是由光纤双折射引起的一种现象。具体地，这是一种当具有受限脉冲宽度的光脉冲入射到具有双折射的光纤时，在光脉冲的不同频谱分量经历不同的双折射后，穿过光纤传输系统的光脉冲被展宽的现象。
在光通信中，在色散和光损耗并不严重的前提下，PMD是一个可以忽略的物理量。然而，现在随着色散位移光纤(DSF)和色散补偿技术的发展，在10Gbit/s或更高的高速光传输系统中PMD渐渐成为一个最容易产生错误的量。特别地，由于设置用于站间传输网络的传统光缆具有介于0.5至2ps/Km1/2这样很大的PMD值，因此光传输系统的通信距离限于100Km或25KM(如果严重的话)。
为了克服由PMD产生的这些问题，就需要一种器件来模仿光纤系统的特性，以产生PMD。因而，已经作出了大量的努力来设计一种PMD仿真器，以精确地复现出由光纤传输系统引起的PMD。这些PMD仿真器被广泛地用于测试PMD补偿器。
图1示出依照现有技术一个例子的全光纤PMD仿真器的结构。示出在图1中的PMD仿真器100包括多个偏振保持光纤部分110和多个设在相邻偏振保持光纤部分110之间的偏振控制器(PC)120。在此，每个偏振控制器120通常都具有至少两个相位延迟器。因而，PMD仿真器就具有多个控制参数，从而很难精确地获得PMD值。
图2示出依照现有技术另一个例子的全光纤PMD仿真器的结构。示出在图2中的这种PMD仿真器200包括多个偏振保持光纤部分210和多个设在相邻偏振保持光纤部分210之间的可拧扭连接器220。这些连接器220通过改变两个相邻偏振保持光纤部分210的双折射轴来改变PMD值。然而，由于用在这种PMD仿真器中具有上述结构的连接器220是用机械接触的方法而不是熔融接合的方法将相邻的偏振保持光纤部分210连接起来，因此在相邻的偏振保持光纤部分210之间就必然会产生空隙。因而，光损耗通常很大，而且在排列时光损耗会被极大地改变。
图3示出依照现有技术另一个例子的全光纤PMD仿真器的操作。示出在图3中的这种PMD仿真器包括一股偏振保持光纤300，和用于沿箭头方向不连续而又机械地拧扭偏振保持光纤300一些部分310a、310b和310c的部件(在图3中未示出)。由于偏振保持光纤300的这些部分被不同地拧扭，因此就能够通过控制穿过偏振保持光纤300进行的光的偏振来产生PMD。然而，具有上述结构的这种PMD仿真器很难进行控制，而且很难精确地产生特定的PMD值。参看图3，在偏振保持光纤300上绘出的斜线仅表示机械的拧扭，而不表示偏振保持光纤100表面结构的变化。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种PMD仿真器，包括具有相对小的控制参数且能精确地产生理想PMD值的部件。
本发明的另一个目的是提供一种具有很低光损耗的PMD仿真器。
本发明的再一个目的是提供一种易于控制且易于产生特定PMD值的PMD仿真器。
本发明的又一个目的是提供一种分布类似于麦克斯韦分布的PMD仿真器，其中麦克斯韦分布是理想光纤传输系统的PMD的分布。
为了实现上述目的，提供一种偏振模色散(PMD)仿真器。该PMD仿真器包括：至少两个偏振保持(PM)光纤部分，每一个都具有预定的PMD值；机械旋转装置，用于将所述这些偏振保持光纤部分中两个相邻PM光纤的其中一个相对于另一个旋转，以将所述至少两个PM光纤部分彼此正交的双折射轴以相同的方向或以预定的角度排列；和接合在两个相邻PM光纤部分之间的单模光纤，具有非常小的PMD值，该值与所述偏振保持光纤部分的PMD值相比可以忽略。
附图说明
图1示出依照现有技术一个例子的全光纤PMD仿真器的结构；
图2示出依照现有技术另一个例子的全光纤PMD仿真器的结构；
图3示出依照现有技术又一个例子的全光纤PMD仿真器的结构；
图4是依照本发明一个实施例的全光纤PMD仿真器的示意图；
图5示出在图4的PMD仿真器中产生在单模光纤内的圆双折射；
图6A至6D是示出当偏振保持光纤部分以一定角度与本发明的全光纤PMD仿真器排列时的PMD值的图表。
具体实施方式
以下，将参看附图详细描述本发明的优选实施例。
图4是依照本发明一个实施例的全光纤偏振模色散(PMD)仿真器的示意图。参看图4，在PMD仿真器400中，每一个都具有预定PMD值的至少两个偏振保持光纤部分410熔融接合地与单模光纤420连接，单模光纤420设在偏振保持(PM)光纤部分410之间且长度很短。该单模光纤420具有很小的PMD值，与偏振保持光纤部分410的PMD值相比，单模光纤420的PMD值可以忽略。另一方面，以熔融接合方式连接的一个部分设有步进电机430，该步进电机430将一个偏振保持光纤部分相对于邻近的偏振保持光纤部分旋转。控制器440向每个步进电机430施加电信号，来驱动步进电机430。控制器440具有一个PMD终值(final PMD value)，该值由正交的排列组合和与偏振保持光纤部分410的双折射轴一致所产生，控制器440能够将彼此正交的双折射轴以相同的方向或以预定的角度排列。
图5示出在图4中PMD仿真器的单模光纤内产生的圆双折射。
假定两个偏振保持光纤部分410a和410b以快轴—快轴(慢轴—慢轴)的方式排列。为了以快轴—慢轴(慢轴—快轴)的方式将它们排列，应当旋转后级的偏振保持光纤部分410b。当单模光纤420被拧扭时，若未引起圆双折射，则拧扭90度就足够了。然而，因为这种圆双折射，光的偏振轴会沿光纤拧扭的方向旋转，从而光的偏振轴应当接着旋转以使两个偏振保持光纤部分410a和410b以快轴—慢轴(慢轴—快轴)的方式排列。因而，如图5所示，偏振保持光纤部分410b的旋转角应当是90+α度。α的量大约是旋转角的8％。
由PMD仿真器产生的PMD值取决于偏振保持光纤部分的排列方向。例如，前级的偏振保持光纤部分固定，而后级的偏振保持光纤部分用安装在单模光纤与后级的偏振保持光纤部分的接合部上的步进电机旋转。若如此，则偏振保持光纤部分之间双折射轴的排列就能改变。如果分别具有T1和T2PMD值的两个偏振保持光纤部分的双折射轴以相同方向排列，即以前级偏振保持光纤部分的快(慢)轴与后级偏振保持光纤的快(慢)轴相匹配的方式排列，总的PMD值是|T1+T2|。另一方面，如果两个偏振保持光纤部分的双折射轴以正交方向排列，即以前级偏振保持光纤部分的快(慢)轴与后级偏振保持光纤的慢(快)轴相匹配的方式排列，则总的PMD值是|T1-T2|。如果将其概括为包括有N个偏振保持光纤部分的PMD仿真器的情形，则合成的PMD值是从与第一偏振保持光纤部分平行排列的偏振保持光纤部分的PMD值总和减去与第一偏振保持光纤部分正交排列的PMD值总和的值的绝对值。通过使用双折射轴旋转装置改变偏振保持光纤部分的偏振方向，就能够改变PMD的值。当所有的偏振保持光纤部分以相同方向排列时，PMD的值是所有偏振保持光纤部分PMD值的总和，且该PMD值是最大值。为了在这种结构中产生理想的PMD值，已经发现对偏振保持光纤部分最适宜的排列方法，将偏振保持光纤部分的快(慢)轴与下一个偏振保持光纤部分的快轴或慢轴排列。这样，由于在偏振保持光纤部分之间没有太多的控制参数，且快轴和慢轴两种情形下的排列发生了改变，因此控制起来非常简单。
另一方面，如图5所示，在旋转双折射轴时，后级偏振保持光纤部分410b和单模光纤420的连接部相对于前级偏振保持光纤部分410a进行旋转，从而后级偏振保持光纤部分410b的双折射轴就相对于前级偏振保持光纤部分410a的双折射轴旋转。此时，考虑到由拧扭单模光纤420引起的均匀圆双折射，应当进行旋转。尽管后级偏振保持光纤410b相对于前级偏振保持光纤410a物理地旋转90度，但后级偏振光纤部分410b由拧扭单模光纤420引起的圆双折射旋转的较小。在本实施例中，后级偏振保持光纤部分410b的偏振应当旋转多于90度的8％，以改变双折射轴。在此，单模光纤的长度应当很短，以使其PMD值可以忽略。
下面将描述设置偏振保持光纤部分的PMD值来构成PMD仿真器的方法。
在本发明的实施例中，构成PMD仿真器的偏振保持光纤部分的PMD值被设定为是2N-1Tmin，其中N是整数，1≤N≤NMAX，NMAX是偏振保持光纤部分的全部个数，是等于或大于2的整数，Tmin是具有最小PMD值的偏振保持光纤部分的PMD值。在这种结构中，总的PMD值可以从作为最小值的Tmin到作为最大值的偏振保持光纤部分的PMD值总和之间进行每2Tmin地改变。例如，如果偏振保持光纤部分的最小PMD被确定将Tmin设定为0.25ps，且偏振保持光纤的数目是8，则就需要分别为0.25ps、0.5ps、1ps、2ps、4ps、8ps、16ps和32ps的8个偏振保持光纤部分。当在使用它们时，所有PMD的值可以从作为最小值的0.25ps(32ps-16ps-8ps-4ps-2ps-1ps-0.5ps-0.25)到作为最大值的63.75ps(32ps+16ps+8ps+4ps+2ps+1ps+0.5ps+0.25ps)进行每0.5ps地改变。在这种情况下，当产生PMD时，在相邻偏振保持光纤部分之间作为旋转装置的步进电机被设置来匹配偏振保持光纤部分的快轴或慢轴。这种结构的优点在于所需的PMD分离度(resolution)和最大PMD值可以通过控制Tmin和偏振保持光纤部分的数目来确定。如果偏振保持光纤部分以随机的角度排列，即与双折射轴没有任何关系地排列，则合成的PMD值具有的分布不同于麦克斯韦分布。图6A示出与麦克斯韦分布一起的这一结果。图6A至6D的实线表示PMD分布。图6A至6D的虚线表示麦克斯韦分布。
对PMD仿真器的期望功能是能够实现理想光传输线中的PMD现象。如果偏振保持光纤部分不是以快轴—快轴或者快轴—慢轴的方式特别地排列而是以随机的角度排列，则就能够获得这种功能。作为这种情况的理想情形，已经知道，借助于重复的角度排列，仿真的PMD值的分布应当遵从麦克斯韦分布。偏振保持光纤部分的PMD值或数目能够被控制来获得这种分布。
获得麦克斯韦分布的最好方法是使偏振保持光纤部分的PMD值相同。在此情形下，如果偏振保持光纤部分被排列得从快(慢)轴改变到快轴或慢轴，则与2N-1Tmin结构相比，这样产生的PMD值的数目会非常小。此时，如果偏振保持光纤部分以随机的角度排列，则能够得到如图6B所示、PMD值的麦克斯韦分布。参看图6B，在由十二个具有10ps PMD值的偏振保持光纤部分构成的PMD仿真器中，这些偏振保持光纤以随机的角度排列，测定的PMD分布与麦克斯韦分布一起在图中示出。从图6B可以看出，测定的PMD分布遵从麦克斯韦分布。
相反，如果这些偏振保持光纤部分的PMD值被设为N2Tmin(其中N是整数，2≤N≤NMAX+1，NMAX是偏振保持光纤部分的全部个数，是等于或大于2的整数，Tmin是具有最小PMD值的偏振保持光纤部分的PMD值)，则当偏振保持光纤部分排列时得到的PMD值并不具有如上所述在2N-1Tmin结构中的恒定间隔。在图6C的情形中，有具有PMD值为4ps、9 ps、16 ps、25 ps、36 ps和49 ps的偏振保持光纤部分(Tmin＝1ps，NMAX＝6)构成的PMD仿真器以随机的角度排列这些偏振保持光纤，测定的PMD分布与麦克斯韦分布一起示出在图中。
在另一种方法中，如果这些偏振保持光纤用上述的结构来进行组合，则PMD仿真器可以被构建成第一组偏振保持光纤部分具有相同的PMD值，而第二组的偏振保持光纤部分具有2N-1Tmin。此处，第二组的2N-1Tmin的总PMD值是在第一组中一个偏振保持光纤部分其PMD值周围的某个值。在这种情形中，可能的PMD值是作为最小值的Tmin，分离度是2Tmin。最大值可以通过增加具有相同PMD的偏振保持光纤部分的数目来控制。通过以随机的角度排列这些偏振保持光纤部分来得到如图6D所示PMD值的麦克斯韦分布。在图6D的情形中，其中具有PMD值是10ps的的十个偏振保持光纤部分被定义为第一组、分别具有PMD值是0.5ps、1ps、2ps、4ps、8ps和五个偏振保持光纤部分被定义为第二组(对应于NMAX＝5，在2N-1Tmin结构中Tmin＝0.5ps)的PMD仿真器以随机的角度排列这些偏振保持光纤部分，测定的PMD分别与麦克斯韦分布一起示出在图中。
工业实用性
依照本发明上述的PMD仿真器，可以将PMD值设为任意期望的值。
偏振保持光纤部分的最小PMD和数目可以改变以设定期望的分离度和最大的PMD值。在研究理想光传输线PMD现象的试验中，很容易产生出理想光传输系统的PMD现象。这也可用在PMD补偿器中来补偿作为高速光通信中很大障碍的PMD。
很显然，对本领域的熟练人员而言，可以对本发明作出各种修改和改变。因此，本发明涵盖这些修改和改变，且这些修改和改变落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (7)

1、一种偏振模色散(PMD)仿真器，包括：
至少两个偏振保持(PM)光纤部分，每一个都具有预定的PMD值；
机械旋转装置，用于将所述这些偏振保持光纤部分中两个相邻PM光纤部分的其中一个相对于另一个旋转，以将所述至少两个PM光纤部分的双折射轴以相同的方向或以预定的角度彼此正交排列；和
接合在两个相邻PM光纤部分之间的单模光纤，具有非常小的PMD值，该值与所述偏振保持光纤部分的PMD值相比可以忽略。
2、依照权利要求1所述的PMD仿真器，其中所述机械旋转装置是一个步进电机。
3、依照权利要求2所述的PMD仿真器，还包括：
控制器，具有一个PMD终值的信息，该PMD终值由正交的排列组合和与所述PM光纤部分的双折射轴的一致所产生，用于依照用户输入的PMD值来驱动所述步进电机。
4、依照权利要求1所述的PMD仿真器，其中所述偏振保持光纤部分的每一个都具有一个2N-1Tmin的PMD值，使得所述PMD仿真器产生出从最小的Tmin到最大的Tmin(2NMAX-1-1)之间间隔为2 Tmin的PMD值，其中N是整数，1≤N≤NMAX，NMAX是偏振保持光纤部分的全部个数，是等于或大于2的整数，Tmin是具有最小PMD值的PM光纤部分的PMD值。
5、依照权利要求1所述的PMD仿真器，其中所述PM光纤部分具有一个PMD值。
6、依照权利要求1所述的PMD仿真器，其中所述PM光纤部分具有N2Tmin的PMD值，其中N是整数，2≤N≤NMAX+1，NMAX是偏振保持光纤部分的全部个数，是等于或大于2的整数，Tmin是具有最小PMD值的偏振保持光纤部分的PMD值。
7、依照权利要求1所述的PMD仿真器，其中所述PM光纤部分的每一个都包括：
第一组PM光纤部分，每一个都具有相同的PMD值；和
第二组PM光纤部分，每一个都具有2N-1Tmin的PMD值，其中N是整数，1≤N≤NMAX，NMAX是属于所述第二组的偏振保持光纤部分的个数，是等于或大于2的整数，Tmin是在属于所述第二组的偏振保持光纤部分中具有最小PMD值的偏振保持光纤部分的PMD值。
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