一种偏振模色散补偿器制造技术

本发明专利技术涉及一种可变双折射单元及其采用该单元的ＰＭＤ补偿器，所述可变双折射单元包括啁啾光纤光栅和压力产生装置，所述啁啾光纤光栅位于压力产生装置的挤压方向上。而一种采用该可变双折射单元的偏振模色散补偿器，包括偏振控制器，偏振度检测器，中央控制单元，其中所述偏振控制器接收入射光，并调整光信号的偏振态，该偏振模色散补偿器还包括：可变双折射单元。通过在光通信中使用该可变双折射单元及ＰＭＤ补偿器，可实现双折射的连续可调，从而实现偏振态之间的差群延时的连续可调，从而降低了软件算法的难度和成本，提高了补偿的精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种可变双折射单元及其偏振模色散补偿器，特别涉及光通信系统中利用应力改变线性啁啾光栅折射率的单元及其采用该可变双折射单元的偏振模色散补偿器。
技术介绍
PMD(polarization mode dispersion，偏振模色散)是指在单模光纤中传输的两个相互正交的偏振模式LP01X和LP01Y，在光纤中经过一定距离的传输后的到达时间差。PMD的量度单位为Ps。在光纤准直、横截面为标准的圆形，折射率分布处处均匀对称且各向同性的理想情况下，LP01X和LP01Y的传输常数βx和βy相等，两个偏振模式是完全二度兼并的(传播常数相同)，在传输过程中互不影响。但是，在实际情况下，在光纤的生产、成缆、敷设，以及其周围环境改变等过程中，都会不可避免的使光纤的折射率沿不同的方向产生不同的变化，即呈现双折射效应。图1是偏振模色散的形成图，从图1可以看出，经过一定时间的传输，在传输方向上由于LP01X和LP01Y的传输常数βx和βy不一样而产生一定的PMD。另外，当光信号通过一些光通信器件如隔离器、耦合器、滤波器时，由于器件结构和材料本身的不完整性，也能导致双折射。而这种双折射效应会直接导致两正交的偏振模式具有不同的相速和群速，从而失去了兼并，产生PMD。双折射是产生偏振模色散的根源。双折射包括固有双折射和感生双折射，其中，固有双折射主要是指在光纤的制造过程中由材料和制造工艺等方面引起的双折射，感生双折射是指由外力通过光纤介质的光弹效应引起的双折射，与前者相比，感生双折射更加具有随机性的特征。综合考虑固有双折射(其中包括几何双折射、应力双折射)和感生双折射(其中包括弯曲、侧向力、旋扭外加电场和外加磁场)，忽略它们之间的干扰，认为它们是不相关的，则总的双折射可以表示为Δβ＝ΔβG+ΔβS+ΔβBF+Δβf+ΔβC+ΔβE+Δβh-----(1)在没有模式耦合的情况下，相应的单位长度上的PMD可以简单的表示为 而当两个偏振模式之间的传播速度差非常小时，外部的影响很容易使两个偏振模式之间发生能量交换，即产生模式耦合。一般来说外部影响具有随机性，因此，这种模式耦合也就具有随机性的特点，它对PMD的性能有很重要的影响作用。PMD与光纤的平均总双折射Δτ及平均偏振模耦合长度h有如下关系 上式中，l为光纤的长度。当l＜＜h，两个偏振模之间的耦合可以忽略，则 在时域，PMD效应体现为分别沿快、慢轴传输的光脉冲分量之间的时延差，这一时延差使得光经过一段传输后，总的光脉冲将展宽，从而限制了光通信系统的传输速率。对于短光纤而言，PMD的值随着传输长度线性增加，单位为ps/km1/2。当l＞＞h时，(3)式右边括号内的值约为2l/h，有 当光脉冲沿长光纤传输时，由于外部因素的变化，如温度的变化等，会引发模式耦合，即快、慢模式之间的能量交换。由于外界变化的随机性，模式耦合也是随机发生的。从上式中我们可以看出，对于长光纤，PMD是随着传输长度的平方根值增长的。单位为 模式耦合不仅仅简单地决定了PMD与光纤长度的关系，而且也是PMD对温度、振动、光源波长的轻微抖动等因素都很敏感的原因。在同等条件下，较强的模式耦合对应着较小的偏振模色散。如C.D.Poole在1991年的实验中证明了PMD对温度变化的敏感度，不仅PMD的值随着温度的变化而变化，同时它的变化速率也依赖于温度变化的速度。温度恒定时，PMD几乎没有什么明显的变化，当温度快速增加时，PMD的波动也显著增加。PMD在数字系统中引起脉冲展宽，导致误码率增高，限制系统的带宽；在模拟系统中引起信号失真，限制信道数量。直到几年以前，在数字和模拟系统中，当数据传输率较低和距离相对较短时，PMD对单模光纤系统的影响微不足道。随着对带宽需求的增长，特别是在10Gb/s、40Gb/s及更高速率的系统中，PMD开始成为限制系统性能的重要因素。因为它会引起过大的脉冲展宽或降低信噪比(Signal tonoise ratio，SNR)。由PMD限制的系统最大传输距离，即ITU-T建议的以1dB功率代价为参考的最大传输距离，从理论上可由下面公式得出 根据上式，可将PMD限制的最大传输距离列于下表，该表给出了传输距离对PMD和比特率的关系 由于PMD的统计特性，单根光纤(或成缆后的光纤)的PMD指标不适于作为系统容量的指标。反之，链路值(即相连的光纤段)经常被使用。由于每根光纤段是随机量，因而链路值也是一个随机量，由于平均效应它具有更小的方差。PMD链路值由下面的公式表述XM=ΣXi2LiΣLi---(I=1,2...M)---(6)]]>其中，XM是串连光纤链路的PMD值，Xi是单根光纤的PMD，Li是串连光线段的长度，M是串连光纤的数目。PMD的链路值更准确更有效的反映了系统PMD值，而且能够充分利用光纤的真正潜力。通过传输光纤传播光信号经受的偏振模色散效应，是利用接收处的时延补偿器或者双折射补偿器得到补偿，其中补偿器自动和自适应产生一个微分时间延迟量，大致等于光信号经受的微分时间延迟，基本上抵消了不希望有的延迟。例如，参考图2，当一路光信号通过光纤经过一定距离的传输之后，光脉冲的两个偏振主态(Principal State ofPolarization，PSP)产生了10ps的延迟，即其中一个偏振主态超前另外一个偏振主态，为了设法抵消这个延迟量，我们需要使走得快的一个偏振主态通过PMD补偿器以后产生10ps的延迟，而另一个偏振主态不延迟，然后又使两个偏振态耦合在一起，这样抵消了两个偏振主态之间的时延，最终达到补偿PMD的作用。目前已经公开的美国专利981194.0公开了利用保偏光纤作延时补偿器和用可变时延线做补偿器两种方案。图3是偏振控制器加保偏光纤作PMD补偿器的PMD补偿系统原理图。图4是用可变延时线作PMD补偿器的PMD补偿系统原理图，从两个不同的方案可以看出，无论是哪一种方案，整个PMD补偿系统一般都包括四个主要部分，一是偏振控制器，用于主轴的对准；二是补偿器，用于抵消系统产生的PMD量；三是PMD检测器，用于测试PMD值的大小，生成监测信号；四是反馈控制器，用于反馈信号大小的生成和对偏振控制器或可变时延线的控制。从图3和图4给出的PMD补偿系统原理图中可以看出，两个系统的不同之处是采用了不同的PMD补偿器(偏振模间可变延迟单元)。从上述两个补偿系统可以看出，图4所述技术方案的优点是需要控制的参量较少(偏振控制器三个参量，可变时延线一个参量)，所以算法简单，比较容易实现，但缺点是反馈速度较慢，主要是在可变时延线中是通过透镜的水平移动来实现一路的时延，所以反应速率受到一定的限制，而且对透镜与光纤之间的准直要求很高，否则将会产生较大的衰减。图3所示技术方案的优点是结构相对简单，反应速率高，但缺点是运算复杂(两个偏振控制器共六个参量)，软件设计成本高，而且算法的复杂度很可能牺牲部分硬件的响应速率。同时补偿的动态范围也收到一定的限制。由此可知，在光纤通信系统中，随着单信道传输速率的提高和模拟信号传输带宽的增加，除了色散、非线性等限制因素以外，原来不太被关注的偏振模色散(Polarization Mode Dispersion，PMD)问本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变双折射单元，其特征在于包括啁啾光纤光栅和压力产生装置，所述啁啾光纤光栅位于压力产生装置的挤压方向上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仲恒，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]