CN1694384A - 可调色散补偿器 - Google Patents

Abstract

一种可调色散补偿器，特征在于其构成包括：一个G－T干涉仪，该G－T干涉仪是由相互平行的一块高反射平面镜和一块部分反射平面镜构成的；在该G－T干涉仪的两平行平面镜的所在平面延设一高反射平面镜；在该G－T干涉仪的部分反射平面镜一侧设有一双光纤准直器组件，该双光纤准直器组件是由其双光纤准直器的尾纤光纤依次串联而成，所有双光纤准直器垂直于所述的部分反射平面镜；一安置所述的G－T干涉仪的一维移动平台和控制该移动平台运动的调节机构。本发明结构简单、操作方便，而且光束不展宽，与光束的偏振无关。

Description

可调色散补偿器

技术领域

本发明涉及光纤通信系统，特别是一种基于组合式Gires-Tournois干涉仪的可调色散补偿器。该器件主要应用于光纤通信系统中，起压缩光脉冲宽度、恢复信号波形的作用。

背景技术

随着光通信系统的迅速发展，尤其是高速、多信道密集波分复用光纤通信系统的发展，多信道光纤色散补偿技术成为关键技术之一。近年来发展了各种多信道色散补偿技术，大致分两大类：色散补偿光纤和色散补偿器件，它们各有优缺点。色散补偿器件中，光纤光栅、光波导色散补偿器等是研发的热点。另一方面，体光学元件具有很宽的带宽，能够同时覆盖多个信道，而且色散补偿量也很大，是多信道色散补偿的理想元件，因此受到广泛重视。

目前，较成熟的体光学的多信道色散补偿器件，是利用角度色散效应的虚成像相位列阵(VIPA：virtually-imaged phased array)。其主要的核心元件是一个半柱面棱镜和一个两面镀膜的玻璃板(参见M.Shirasaki，Chronatic dispersion compensation using virtually-imaged phased array.IEEE Photon.Technol.Lett.，1997，9(12)：1598-1600)，如图1所示。从光纤中出射光经过准直透镜准直后入射到半柱面透镜上会聚，会聚后的光入射在一块玻璃板上(前反面的反射率为98％，后反面的反射率为100％)。对于不同波长的透射光，它们从玻璃板上透射的角度是不同的，这样经过会聚透镜会聚在后高反镜的会聚点也是不同的，然后再经过后反射镜反射，原路返回到相同的光纤中或其他的光纤中。不同的波长在玻璃板上将对应不同的角度色散，而角度色散将会产生很大的色度色散，从而达到色散补偿的目的。然而，在这个方案中，要求后反射镜只反射一些特殊级数的相干光，而对其他的光不反射。但是在VIPA结构中，一个波长可以有两个以上的不同输出角度的干涉光，因此这就使后反射镜的制备工艺难度很高。同时，它必须通过改变会聚透镜的焦距和反射镜的位置来实施色散量的调谐，这也给实际的操作带来了不便。

第二种受到广泛重视的体光学色散补偿器，是基于Gires-Tournois干涉仪的滤波器(简称GT干涉仪)。该器件的基本结构由二个互相平行的全反射镜和部分反射镜构成，如图2所示。当光束自部分反射镜一边入射时，光束光波在两反射镜之间来回反射传输。在忽略损耗的情况下，光波的能量将从GT干涉仪全部反射。但是光波的相位将发生移动。理论推导表明，从GT干涉仪反射引入的相位差为：

式中，r为G-T干涉仪的低反射面的反射系数， $\mathrm{\Δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{nd}\cos \mathrm{\θ},$ 其中n、d分别为G-T干涉仪腔的折射率及两平行反射镜之间的距离(即腔长)，θ是光束入射的角度。由此可以得到GT干涉仪引入的色散量D：

$D=\frac{{\mathrm{\Δ}}^2}{2\mathrm{\πc}}\·\frac{8r\left({1-r}^2\right)\·\sin 2\mathrm{\Δ}}{{({1+r}^2-2r\cos 2\mathrm{\Δ})}^2}---\left(2\right)$

因光纤色散而展宽的光脉冲，经过GT干涉仪反射后，将被压缩。同时，由于GT干涉仪的光谱的周期性，因此它很适合于多信道色散补偿的要求。但是由于传输距离长短不同、光纤所产生的色散量不同等原因，光信号脉冲的展宽量也不相同。因此实际应用中要求色散补偿器件具有色散量可调的特性。在GT干涉仪型色散补偿器中，已经提出了几种GT干涉仪的复合结构。在先技术之一(M.Jablonski，Y.Tanaka，H.Yaguchi，et al，Adjustable dispersion-slope compensator using entirely thin-filmcoupled-cavity all-pass filters in a multi-reflection parallel configuration，Optical Fiber Conference，2001，TuS3.)如图3所示，采用GT干涉仪两片玻璃平板，光束在两平板之间来回反射。使总体色散量得到成倍的增加。改变两平板之间的距离，可以得到不同的反射次数，因此可以改变总的色散量。但是在这种调整方式中，输出光束的位置会发生移动，每一次改变色散量，都需要重新调整光路。而且，由于光束与GT干涉仪平板之间需要有一定的角度，不能用垂直入射的布局，反射光在空间上就要展宽。因此，在做光纤耦合时，要用较大口径的透镜会聚。这就增大了装置的体积，并且提高了对于光学的调整精度和稳定性的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的缺陷，提供一种结构简单、操作方便的基于G-T干涉仪的可调色散补偿器。

本发明的技术解决方案如下：

一种可调色散补偿器，特征在于其构成包括：

一个G-T干涉仪，该G-T干涉仪是由相互平行的一块高反射平面镜和一块部分反射平面镜构成的；

在该G-T干涉仪的两平行平面镜的所在平面延设一高反射平面镜；

在该G-T干涉仪的部分反射平面镜一侧设有一双光纤准直器组件，该双光纤准直器组件是由其双光纤准直器的尾纤光纤依次串联而成，所有双光纤准直器垂直于所述的部分反射平面镜；

一安置所述的G-T干涉仪的一维移动平台和控制该移动平台运动的调节机构。

所述的双光纤准直器组件中，一部分双光纤准直器正对G-T干涉仪，而另外一部分双光纤准直器正对高反射镜。

所述的一维移动平台运动的调节机构为计算机。

所述的G-T干涉仪是由多个G-T干涉器构成的，所述的G-T干涉器的按其部分反射面的反射率递增或递减排列。

所述的G-T干涉仪和所述的高反射镜构成一圆环并固定在一旋转平台上，该旋转平台在调节机构的推动下绕其轴旋转。

所述的G-T干涉仪排列成一圆环并固定在一旋转平台上，该旋转平台在调节机构的推动下绕其轴旋转。

本发明的优点和特点是：

(1)本发明采用了级联的双光纤准直器结构，与在先技术的多次反射系统相比，具有结构紧凑、体积小、稳定性好的优点；而且由于垂直入射，具有光束不展宽、偏振无关的优点；

(2)本发明采用的双光纤准直器，已经进入产业化水平，在多种光纤通信器件广泛应用，成本相对低廉，质量控制良好；

(3)本发明的色散补偿功能由G-T干涉仪提供，本发明的调节机构保证了G-T干涉仪色散补偿的优点发挥作用。同时又可以利用结构上布局的灵活性，获得较大的色散量调节范围和较大的工作线宽。

附图说明

图1：VIPA多信道色散补偿的结构示意图。

图2：G-T干涉仪基本原理示意图。

图3：在先技术的复合G-T干涉仪结构示意图。

图4：本发明可调色散补偿器实施例1结构示意图。

图5：本发明可调色散补偿器实施例2结构示意图。

图6：本发明可调色散补偿器实施例3结构示意图。

图7：本发明可调色散补偿器实施例4结构示意图。

图8：本发明可调色散补偿器实施例5结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图4，图4：本发明可调色散补偿器实施例1结构示意图，由图可见，本发明可调色散补偿器的构成包括：

一个G-T干涉仪1，该G-T干涉仪1是由相互平行的一块高反射平面镜11和一块部分反射平面镜12构成的；

在该G-T干涉仪1的两平行平面镜的所在平面延设一高反射平面镜2；

在该G-T干涉仪1的部分反射平面镜12一侧设有一双光纤准直器组件3，该双光纤准直器组件3是由其双光纤准直器的尾纤光纤依次串联而成，所有双光纤准直器垂直于所述的部分反射平面镜12；

一安置所述的G-T干涉仪1的一维移动平台4和控制该移动平台4运动的调节机构5。

所述的双光纤准直器组件3中，一部分双光纤准直器正对G-T干涉仪1，而另外一部分双光纤准直器正对高反射镜2。

所述的一维移动平台4运动的调节机构5为计算机。

本发明的可调色散补偿器的工作原理如下：从双光纤准直器组3出射，从G-T干涉仪1反射回来的光束，获得由单个双光纤准直器基于G-T干涉仪1产生的色散补偿的时延为τ(λ)。从高反镜2反射回来的光束，不会获得色散补偿群时延。假如系统中共计安装M个双光纤准直器，其中有m个位于G-T干涉仪部位，这样，系统提供的色散补偿群时延量为：

τ_total＝mτ(λ)                           (3)

当调整移动平台时，位于G-T干涉仪部位的双光纤准直器的数量可以从M变化到0，从而可以改变总的色散补偿量为Mτ(λ)。

本发明可调色散补偿器的实施例之二的结构，如图5所示。在这一结构中，所述的G-T干涉仪1是由多个G-T干涉器13构成的，所述的G-T干涉器13的按其部分反射面12的反射率递增或递减排列。

于是本发明提供的群时延总量为：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{total}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_i\left(\mathrm{\λ}\right)---\left(4\right)$

在这样的结构中，不同部位的G-T干涉仪可以具有不同的色散量。因此，色散量的可调范围将得到扩大，也可以获得比较精细的调节变化量。

不仅如此，G-T干涉仪具有多信道同时补偿、色散量变化范围大的优点。但是简单的G-T干涉仪作为色散补偿器件也有工作线宽比较小的缺点。本发明图5的结构可以制备信道间隔相同、但色散量不同的若干种G-T干涉仪平板。经过设计可以提供不仅具有所需色散量，同时具有较大工作线宽的色散补偿器。也可以制备具有信道间隔稍有差别、色散量相同的复合G-T干涉仪，其产生的群时延将具有顶部比较平坦的色散光谱曲线。

本发明可调色散补偿器实施例之三的结构如图6所示。在这一结构中，所述的G-T干涉仪1和所述的高反射镜2够成一圆环14并固定在一旋转平台41上，该旋转平台41在调节机构的推动下绕其轴42旋转。

本发明可调色散补偿器实施例之四的结构如图7所示。G-T干涉仪平板15是一个圆盘形的平板。它的部分反射镜的反射率在圆周方向上逐渐连续地变化，如图中箭头所示。双光纤准直器组件3也在圆周位置上安装；并且其光束方向垂直于G-T干涉仪平面。G-T干涉仪圆盘平板围绕其中心轴42旋转。由于其部分反射镜的反射率连续增加或减少，因此该装置的总体群时延可以得到无级的连续调节。

本发明可调色散补偿器实施例之五的结构如图8所示。其中1为一个G-T干涉仪，2为与G-T干涉仪处于同一平面的高反镜，3为一组双光纤准直器，4为一维平行移动的平台，5为控制移动平台的计算机，6为一个三端口环行器，7为一个3dB光纤耦合器。在这一结构中，光路的一端接一个3dB光纤耦合器7，光纤耦合器7的两个端口互相连接，构成一个具有宽谱的反射特性的光纤环反射镜。光信号从环行器6的入射端口输入，从其第二端口输出，经过可调G-T干涉仪色散补偿系统，并从光纤环形镜反射，回到并进入光纤环行器第二端口；然后从环行器的第三个端口输出。在这一过程中，光束在G-T干涉仪平面上的反射次数增加一倍。

归纳起来，本发明具有下列的优点：

(1)本发明采用了级联的双光纤准直器结构，与在先技术的多次反射系统相比，具有结构紧凑、体积小、稳定性好的优点；而且由于垂直入射，具有光束不展宽、偏振无关的优点；

(2)本发明采用的双光纤准直器，已经进入产业化水平，在多种光纤通信器件广泛应用，成本相对低廉，质量控制良好；

(3)本发明的色散补偿功能由G-T干涉仪提供，本发明的调节机构保证了G-T干涉仪色散补偿的优点发挥作用。同时又可以利用结构上布局的灵活性，获得较大的色散量调节范围和较大的工作线宽。

Claims (6)

1、一种可调色散补偿器，特征在于其构成包括：

一个G-T干涉仪(1)，该G-T干涉仪(1)是由相互平行的一块高反射平面镜(11)和一块部分反射平面镜(12)构成的；

在该G-T干涉仪(1)的两平行平面镜的所在平面延设一高反射平面镜(2)；

在该G-T干涉仪(1)的部分反射平面镜(12)一侧设有一双光纤准直器组件(3)，该双光纤准直器组件(3)是由其双光纤准直器的尾纤光纤依次串联而成，所有双光纤准直器垂直于所述的部分反射平面镜(12)；

一安置所述的G-T干涉仪(1)的一维移动平台(4)和控制该移动平台(4)运动的调节机构。计算机系统(5)。

2、根据权利要求1所述的可调色散补偿器，其特征在于所述的双光纤准直器组件(3)中，一部分双光纤准直器正对G-T干涉仪(1)，而另外一部分双光纤准直器正对高反射镜(2)。

3、根据权利要求1所述的可调色散补偿器，其特征在于所述的一维移动平台(4)运动的调节机构为计算机(5)。

4、根据权利要求1所述的可调色散补偿器，其特征在于所述的G-T干涉仪(1)是由多个G-T干涉器(13)构成的，所述的G-T干涉器(13)的按其部分反射面(12)的反射率递增或递减排列。

5、根据权利要求4所述的可调色散补偿器，其特征在于所述的G-T干涉仪(1)和所述的高反射镜(2)够成一圆环(14)并固定在一旋转平台(41)上，该旋转平台(41)在调节机构的推动下绕其轴(42)旋转。

6、根据权利要求4所述的可调色散补偿器，其特征在于所述的G-T干涉仪(1)排列成一圆环(15)并固定在一旋转平台(41)上，该旋转平台(41)在调节机构的推动下绕其轴(42)旋转。

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