超低偏振模色散小體積色散補償器的製作方法

2024-01-26 16:02:15 1

專利名稱：超低偏振模色散小體積色散補償器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超低偏振模色散小體積色散#卜償器。
背景技術：
傳輸光纖的色散是制約光傳輸系統容量的最重要因素之一 ，當通道
的數據帶寬超過10GBit/s時，必須對傳輸網絡的光纖進行色散補償。目 前商用傳輸系統，尤其是波分復用(WDM)系統普遍使用色散補償光纖(DCF) 來補償網絡的光纖色散。色散補償光纖(DCF)的色散和傳輸光纖的色散特 性完全相反，選擇一定長度的DCF，則可以將傳輸通道的色散補償到系 統允許的範圍，從而擴大系統傳輸容量和傳輸距離。
由於DCF的設計本身的限制，用DCF製做的色散補償模塊有幾個重 要缺陷，對傳輸系統的進一步發展帶來了制約。首先是DCF具有較高的偏 振^f莫色散(PMD)， DCF的光纖芯經比傳輸光纖芯經要小一倍多，工藝上很 難控制，使得PMD比傳輸光纖大很多倍。以美國OFS， CORNING等為首的 光纖製造商採用光纖旋轉拉絲的方法，從而有效的降低PMD。但是這種方 法並沒有真正消除工藝誤差，只是通過平均一段光纖的PMD從而使得平 均PMD較小，局部的PMD或雙折射效應依然存在。由於旋轉會帶來圓偏 ^漠色散，需要不斷改變旋轉方向來消除旋轉本身帶來的不利影響。當 然DCF的製造工藝更加複雜，成本上升。
DCF的另一個對光系統不利的因素是非線性效應。非線性效應是當傳 輸的光功率增加時，光纖特性發生變化，從而造成信號失真。DCF的非線 性來自兩個方面，第 一是光纖的芯經變小，有效截面只有傳輸光纖的四分 之一不到。對同樣的光功率而言，DCF的非線性效應要大4倍以上；另一 方面，由於DCF的高鍺參雜使得非線性係數增加，DCF的高非線性使得傳 輸功率受到限制，從而限制了系統的傳輸距離和容量；DCF的第三個不利 因素是體積較大，由於DCF的效率不高，通常需要使用超過10公裡的光 纖，封裝後的色散補償模塊體積大、重量大，對系統設計造成許多不便， 增加系統成本。
鑑於上述DCF的幾大缺陷，人們研發了基於其他技術的色散補償單 元DCM以替代DCF，其中最有代表的是光纖光刪(FBG)，以其體積小，零非 線性引起了 一定的興趣；其他技術一般都在原理上和FBG類似，都在體積， 非線性方面有著DCF不可比擬的優勢，但同時也有下面的劣勢第一是單同道補償，存在較大的帶寬窄化，不利WDM系統的長距離傳輸；第二是本 身的PMD較高；第三是穩定性差，受環境溫度壓力等影響很大；第四是 工藝複雜，成品率底，使得成本高。這些因素也是DCF依然佔據95。/。以上 市場的原因。
發明內容
本實用新型的目的為了克服上述現有技術存在問題及缺陷，提供一 種超低偏振模色散小體積色散補償器，本實用新型的色散補償器具有自 動偏振模色散(PMD)補償、自動偏振相關光功率損耗補償、雙倍色散補償 效率及不需要使用旋轉拉絲的光纖生產工藝，極大降低成本，提高成品率。
本實用新型的技術方案
超低偏振模色散小體積色散補償器，由含有三個接口的環行器、色散 補償單元和光信號反射單元組成，環行器的第二接口與色散補償單元相 連，色散補償單元與光信號反射單元相連，環行器的第一接口為輸入端， 環行器的第三接口為輸出端。
所述的色散補償單元具有雙向傳輸的特性。
所述的色散補償單元為色散補償器件或色散補償光纖。
所述的光信號反射單元為法拉第鏡或反射鏡。
光信號首先連接到光環行器的輸入端後，從光環行器的第二接口出 來，連接到色散補償元件(DCM)， 這裡的DCM元件具有雙向傳輸的特性， 從DCM出來的光信號進入光信號反射單元，光信號被光信號反射單元反 射送回到DCM元件中，從DCM出來逆行的光信號回到光環行器的第二接口: 進入光環行器並繼續環行，最後從環行器的第三接口輸出。當光信號反射 單元是由法拉第鏡構成時，返回的光信號的偏振和輸入到光信號反射單元 的光信號的偏 目差90度，光信號^L^射到DCM後，由於光信號的偏振方 向相差正好90度，當光信號沿相反方向進入並離開DCM時，DCM元件本 身的PMD以及其他偏振相關特性得到自動補償。由於光環行器和光信號 反射單元的PMD很小，而DCM的PMD —般要大兩個數量級以上，整個色 散補償器的PMD由於上面的自動PMD補償而大大降低；同時，由於光信 號在同一個DCM裡面通過兩次，所需的色散也只有單次通過的色散的一 半，從而降低了色散補償器成本，也減小了色散補償器尺寸。當光信號反 射單元是由一般反射鏡構成時，沒有偏振相關特性的自動補償效應，但保 留了光信號在DCM模塊往返傳輸的特性，從而使DCM的色散補償增加一倍。
本實用新型利用共軛光路反轉原理設計出的色散補償器，保留了DCF的優勢，全同道，性能穩定，造價低廉等，的同時，全面改進了 DCF 的缺陷。具體表現在如下幾個方面(1)、自動偏振模色散(PMD)補償，由 於採用了光路的原路返回設計，光纖本身的工藝誤差不影響光信號的偏 振特性，從而實現了光線PMD的自我補償；(2)自動偏振相關光功率損耗 補償，由於採用了法拉第鏡作為光信號反射單元，不僅自動補償了偏振模 色散，所有偏振相關的特性都能得到補償，從而實現了偏振無關的特性；
(3) 不需要使用旋轉拉絲的光纖生產工藝，極大降低成本，提高成品率；
(4) 雙倍色散補償效率，由於光信號在DCF中往返傳輸，使得色散補償效 率提高一倍，大大降低了體積和重量。


圖1為常用波分復用(WDM)光傳輸系統的原理圖。
圖2為本實用新型的超低PMD色散補償技術的原理圖。
圖3為本實用新型的一實施例的超低PMD色散補償技術的原理圖。
圖4為色散補償單元經過本實用新型所述的光路返轉後的色散圖。
圖5為在圖4的條件下對偏振;^莫色散的測量結果圖。
圖6為本實用新型另一實施例的低成本色散補償技術的原理圖。
具體實施方式結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
圖1是常用波分復用(WDM)光傳輸系統的原理圖。由不同波長的光 通道經過WDM波分復用後經光放大器後輸入到傳輸光纖，對用於長距離高 容量的的光傳輸系統，在傳輸一段距離後必須對光信號經DCM進行色散 補償，然後放大後輸入到下一段傳輸光纖之中。圖中只顯示了兩段傳輸光 纖，實際應用中不限於傳輸光纖的次數。在接收端，經過解波分復用後， 不同光波長的光信號被分離出來，接到相應的光接收機，完成信號的發 送。圖中T表示光發射機，R表示光接收機。不同光通道的數據信號由 不同波長的光波傳輸，收發兩端的波分復用器(WDM)用來將不同波長的光 信號復用或解復用。光路的功率損耗由光放大器補償，而光路的色散則 由色散補償模塊(器)補償。有效的補償光路中的色散，降低偏振模色散對 高容量DWDM系統具有重要意義。
圖2為本實用新型的超低PMD色散補償技術的原理圖。光信號首先 連接到光環行器的輸入端後，從光環行器的第二接口出來，連接到色散 補償元件(DCM),這裡的DCM元件具有雙向傳輸的特性，從DCM出來的光 信號進入光信號反射單元，光信號被光信號反射單元反射送回到DCM元 件中，從DCM出來逆行的光信號回到光環行器的第二接口，進入光環行器並繼續環行，最後/人環行器的第三接口輸出。
圖3是本實用新型一實施例的超低PMD色散補償技術的原理圖。本 實用新型的實施例由含有三個接口的環行器、色散補償單元和法拉第鏡組 成，環行器的第二接口與色散補償單元相連，色散補償單元與法拉第鏡相 連，且色散補償單元具有雙向傳輸的特性，環行器的第一接口為輸入端， 環行器的第三接口為輸出端。光信號首先連接到光環行器的輸入端後，從 光環行器的第二接口出來，連接到色散補償元件(DCM)，這裡的DCM元件 具有雙向傳輸的特性，從DCM出來的光信號進入法拉第鏡，光信號被法拉 第鏡反射送回到DCM中，從法拉第鏡返回的光信號的偏振和輸入到法拉第 鏡的光信號的偏振相差90度，光信號被反射到DCM後，由於光信號的偏振 方向相差正好90度，當光信號沿相反方向進入並離開DCM時，DCM元件 本身的PMD得到自動補償，從DCM出來逆行的光信號回到光環行器的第二 接口，進入光環行器並繼續環行，最後從環行器的第三接口輸出。由於光 環行器和法拉第鏡的PMD很小，而DCM的PMD —般要大兩個數量級以上， 整個色散補償器的PMD由於上面的自動PMD補償而大大降低；同時，由 於光信號在同一個DCM裡面通過兩次，所需的色散也只有單次通過的色 散的一半，從而降低了色散補償器成本，也減小了色散補償器尺寸。
圖3中的原理可以用多種方式實現，可以是集成光^各的形式i故成孩i 小光晶片元件，也可以由分離光器件組合而成，其中比較容易實現而且 具有較好性價比的方式是用光纖來做色散補償單元，與環行器和法拉第 鏡封裝成有光纖接口的模塊，可以直接和光纖色散補償模塊連接。
圖4顯示的是一個平均色散為-677. 29本ps/nm的色散補償單元經 過本實用新型的色散補償器所述的光路返轉後的色散，橫軸是波長,單位 是納米(nm)，縱軸是測量的色散在對應的波長的值，單位是皮秒/納米 (ps/nm), 測量的色散平均值正好是色散補償單元本身色散的兩倍， -1355.05.測量誤差為0.03%。 結果證實了光信號在色散補償器往返傳 輸。
圖5顯示的是圖4的條件下對偏振模色散的測量結果。測量中用 的是圖3中使用的色散補償單元，色散補償單元為一段4. 5823km的色 散補償光纖，橫軸是波長，單位是納米(nm)，縱軸是測量的偏振模色散在 對應的波長的值，單位是皮秒(ps),星型標記的曲線表示的是色散補償單 元本身的偏振模色散的測量值，平均偏振模色散為0.442 ps,方行標記 的曲線是經過法拉第鏡光路返轉後的偏振模色散的測量結果，平均偏振模色散為0. 0277 ps,三角行標記的曲線是除掉色散補償單元後剩餘光路 的偏振模色散的測量結果，平均偏振模色散為0.0123 ps，整個色散補償 器的平均偏振模色散改進了 16倍，從而0. 442ps減低到0. 0277ps。 結 果證實了本實用新型對偏振模色散的特性有效補償。
圖6是本實用新型的另一個實施例的低成本色散補償技術的原理 圖。本實用新型的另一個實施例由含有三個接口的環行器、色散補償單元 和反射鏡組成，環行器的第二接口與色散補償單元相連，色散補償單元與 反射鏡相連，且色散補償單元具有雙向傳輸的特性，環行器的第一接口為 輸入端，環行器的第三接口為輸出端。光信號首先連接到光環行器的輸入 端後，從光環行器的第二接口出來，連接到色散補償元件(DCM)，這裡的 DCM元件具有雙向傳輸的特性，從DCM出來的光信號進入反射鏡，光信號 被反射鏡反射送回到DCM元件中，從反射鏡返回的光信號沿相反方向再次 進入DCM時，回到光環行器的第二接口，進入光環行器並繼續環行，最後 從環行器的第三接口輸出。由於光信號在同 一個DCM裡面通過兩次，所需 的色散也只有單次通過的色散的一半，從而降低了色散補償器成本，也減 小了色散補償器尺寸。反射鏡的成本遠低於法拉第鏡，在色散補償單元本 身的PMD不大時，圖5的設計能夠提高色散補償效率，進一步降低成本。
權利要求1、超低偏振模色散小體積色散補償器，由含有三個接口的環行器、色散補償單元和光信號反射單元組成，其特徵在於環行器的第二接口與色散補償單元相連，色散補償單元與光信號反射單元相連，環行器的第一接口為輸入端，環行器的第三接口為輸出端。
2 、根據權利要求1所述的超低偏振模色散小體積色散補償器，其特 徵在於所述的色散補償單元具有雙向傳輸的特性。
3 、根據權利要求1或2所述的超低偏振模色散小體積色散補償器， 其特徵在於所述的色散補償單元為色散補償器件或色散補償光纖。
4 、根據權利要求1或2所述的超低偏振模色散小體積色散補償器， 其特徵在於所述的光信號反射單元為法拉第鏡或反射鏡。
專利摘要本實用新型涉及一種超低偏振模色散小體積色散補償器，由含有三個接口的環行器、色散補償單元和光信號反射單元組成，環行器的第二接口與色散補償單元相連，色散補償單元與光信號反射單元相連，且色散補償單元具有雙向傳輸的特性，環行器的第一接口為輸入端，環行器的第三接口為輸出端。本實用新型的色散補償器具有自動偏振模色散(PMD)補償、自動偏振相關光功率損耗補償、雙倍色散補償效率及不需要使用旋轉拉絲的光纖生產工藝，極大降低成本，提高成品率。
文檔編號H04B10/18GK201387497SQ20082024107
公開日2010年1月20日 申請日期2008年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者曹祥東 申請人:武漢虹拓新技術有限責任公司