專利名稱：測(cè)量偏振依賴損失的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及測(cè)量光學(xué)器件的偏振依賴損失(PDL)，特別涉及基本消除與測(cè)量系統(tǒng)相伴隨的PDL噪聲從而能夠更精確地測(cè)量單元PDL的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在單模光纖中，光纖基本模式是滿足內(nèi)芯一夾層界面的邊界條件的波方程之解。波方程有兩種對(duì)應(yīng)基本模式的解，它們具有相同的傳播常數(shù)。這兩個(gè)解被稱為偏振模式。與基本模式相伴的電場(chǎng)假定為橫向場(chǎng)，其偏振分量沿互相正交的x和y方向線性偏振。隨著光線在光纖或單元內(nèi)的傳播，光線能量在兩種偏振模式之間進(jìn)行劃分。偏振狀態(tài)歸因于光線能量在偏振模式之間的分布。器件或單元可能呈現(xiàn)作為偏振模式函數(shù)的損失。兩種偏振模式之間的損失差異代表了器件的偏振依賴損失(PDL)。光學(xué)單元的PDL是一項(xiàng)經(jīng)常用來(lái)表征納入光學(xué)光纖網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的光學(xué)器件的重要參數(shù)。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)變得更為復(fù)雜時(shí)，由于PDL的累積性質(zhì)，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要單元和器件滿足更加嚴(yán)格的PDL偏差。PDL為0.01dB的器件對(duì)由許多器件組成并且空間跨度相當(dāng)大的系統(tǒng)具有明顯的影響。為此，測(cè)量系統(tǒng)必須能夠精確測(cè)量這種器件的PDL。
在已經(jīng)考慮的一種方法中，采用2×2的3dB耦合器進(jìn)行反射式光學(xué)器件的PDL測(cè)量。在一端，第一端口連接至偏振控制器和激光源而第二端口連接至功率檢測(cè)器。在另一端，第三端口連接至被測(cè)試器件(DUT)而第四端口終止。激光源和偏振控制器向耦合器注入隨機(jī)偏振的光信號(hào)。光信號(hào)由第三端口出來(lái)并進(jìn)入DUT，在那里它反射回第三端口。在傳播入耦合器之后，反射信號(hào)由第二端口出來(lái)并且進(jìn)入檢測(cè)PDL的檢測(cè)器。該系統(tǒng)存在重大的缺陷。耦合器本身的PDL在0.05dB-0.1dB范圍內(nèi)。由于耦合器的PDL大于現(xiàn)在光子系統(tǒng)內(nèi)采用的許多器件的PDL，所以測(cè)量裝置無(wú)法測(cè)量隱藏在系統(tǒng)PDL噪聲中的測(cè)試器件真實(shí)的PDL。
在另一已經(jīng)考慮的方法中，提供自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)量工作在前向傳輸模式下的光學(xué)器件的PDL。激光源和偏振控制器被用來(lái)提供具有4個(gè)預(yù)先確定和唯一的偏振狀態(tài)的信號(hào)?；谖⑻幚砥鞯南到y(tǒng)使致動(dòng)器帶動(dòng)偏振控制器循環(huán)遍歷4種偏振狀態(tài)，與此同時(shí)檢測(cè)器位于DUT輸出處以讀取每種狀態(tài)的強(qiáng)度。這些數(shù)值由處理器用來(lái)計(jì)算Meuller矩陣中每個(gè)元素的數(shù)值并且計(jì)算Stokes矢量來(lái)標(biāo)識(shí)偏振輸入信號(hào)。這些數(shù)值隨后被用來(lái)計(jì)算DUT的PDL。測(cè)試組的殘余PDL小于0.001dB，可見(jiàn)得到了改進(jìn)。如果系統(tǒng)功能性帶來(lái)的開支節(jié)省大于相伴的軟件、可靠性和維護(hù)成本(它們可能需要重視)，則自動(dòng)化系統(tǒng)可能帶來(lái)好處。例如自動(dòng)化系統(tǒng)屬軟件密集化系統(tǒng)并且經(jīng)常出現(xiàn)的情況是軟件開發(fā)成本超過(guò)硬件成本。這是這種系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)。對(duì)于如此高度自動(dòng)化的精密系統(tǒng)，由于無(wú)法測(cè)量工作在背向反射模式下的器件，所以缺少多功能性。這導(dǎo)致作出令人煩惱的選擇購(gòu)買或者開發(fā)測(cè)量反射器件PDL的第二系統(tǒng)，或者為了容納反射器件而重新設(shè)計(jì)和改動(dòng)系統(tǒng)。兩種解決方案都牽涉到支出增加。
因此需要一種可靠和相對(duì)便宜的精確測(cè)量光學(xué)器件PDL的裝置。與此同時(shí)，PDL測(cè)量裝置必須是多功能的，能夠測(cè)量反射器件和前向傳輸模式下工作的器件的PDL。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明測(cè)量偏振依賴損失的裝置和方法的特征在于一前一后組合起來(lái)并且取向使得測(cè)量系統(tǒng)PDL噪聲降低至忽略不計(jì)水平的幾個(gè)光學(xué)耦合器。通過(guò)匹配耦合器的PDL并且矢量化減去偏振的相反相位，實(shí)際上消除了測(cè)量系統(tǒng)的PDL。由于提供的測(cè)量系統(tǒng)以較少花費(fèi)的方法精確測(cè)量了光學(xué)單元的PDL，所以這個(gè)概念簡(jiǎn)單性引人注目。它還是一個(gè)多功能系統(tǒng)。它測(cè)量工作于反射模式和前向傳輸模式的光學(xué)器件的PDL。
本發(fā)明的一個(gè)方面是利用隨機(jī)偏振光信號(hào)測(cè)量測(cè)試下光學(xué)器件的偏振依賴損失的裝置，該裝置產(chǎn)生導(dǎo)入被測(cè)試光學(xué)器件內(nèi)的測(cè)試輸入信號(hào)。該裝置包括連接至光源的第一無(wú)源光學(xué)元件，其中第一無(wú)源光學(xué)元件具有第一偏振損失損失；以及連接至第一無(wú)源光學(xué)元件并且具有基本上等于第一偏振依賴損失的第二偏振依賴損失的第二無(wú)源光學(xué)元件。第二無(wú)源光學(xué)元件相對(duì)第一無(wú)源光學(xué)元件放置為第二偏振依賴損失基本上抵消第一偏振依賴損失并且輸出偏振依賴損失等于第一最小值的測(cè)試輸入信號(hào)。
另一方面，本發(fā)明包括一種利用一種裝置測(cè)量光學(xué)器件偏振依賴損失的方法，裝置包括發(fā)射隨機(jī)偏振的光信號(hào)的光源、連接至光源的第一無(wú)源光學(xué)元件，其中第一無(wú)源光學(xué)元件具有第一偏振依賴損失。測(cè)量方法包括以下步驟提供具有基本上等于第一偏振依賴損失的第二偏振依賴損失并且在相對(duì)位置上連接至第一無(wú)源光學(xué)元件從而使第二偏振依賴損失基本上抵消第一偏振依賴損失的第二無(wú)源光學(xué)元件；使光信號(hào)導(dǎo)入第一無(wú)源光學(xué)元件從而使第二無(wú)源光學(xué)元件產(chǎn)生測(cè)試輸入信號(hào)，其中測(cè)試輸入信號(hào)具有基本上等于第一最小值的偏振依賴損失；使測(cè)試輸入信號(hào)導(dǎo)入光學(xué)器件；以及測(cè)量光學(xué)器件的輸出信號(hào)從而確定偏振依賴損失。
另一方面，本發(fā)明包括一種標(biāo)度用于測(cè)量光學(xué)器件偏振依賴損失的裝置的方法，裝置包括發(fā)射隨機(jī)偏振的光信號(hào)的光源和具有第一偏振依賴損失的第一無(wú)源光學(xué)元件。標(biāo)度方法包括以下步驟提供具有基本上等于第一偏振依賴損失的第二偏振依賴損失并且連接至第一無(wú)源光學(xué)元件的第二無(wú)源光學(xué)元件；使光信號(hào)導(dǎo)入第一無(wú)源光學(xué)元件從而創(chuàng)建射出第二無(wú)源光學(xué)元件的標(biāo)度信號(hào)；以及旋轉(zhuǎn)第二無(wú)源光學(xué)元件直到標(biāo)度信號(hào)的第一標(biāo)度偏振依賴損失等于第一最小值。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)描述中陳述，并且根據(jù)描述或者通過(guò)實(shí)踐如下面的詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖所述的本發(fā)明，這些特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
需要理解的是，前述通用意義的描述和以下詳細(xì)描述都僅僅是對(duì)本發(fā)明示意性質(zhì)的，并且目的是便于從總體或框架上理解要求保護(hù)的本發(fā)明的性質(zhì)和特征。附圖包含在其中以進(jìn)一步理解本發(fā)明，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分。附圖闡釋了本發(fā)明的各種實(shí)施例，并且與說(shuō)明書一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理和工作。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為測(cè)量前向傳輸模式下PDL的本發(fā)明的第一實(shí)施例的框圖；圖2為用于標(biāo)度前向傳輸模式測(cè)量的本發(fā)明的標(biāo)度組件框圖；圖3為測(cè)量反射模式下PDL的本發(fā)明另一實(shí)施例的框圖；以及圖4為用于標(biāo)度背反射模式測(cè)量的本發(fā)明的標(biāo)度組件框圖。
實(shí)施發(fā)明的較佳方式以下詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。相同的標(biāo)號(hào)盡可能地用于附圖中相同或相似的部分。圖1示出了本發(fā)明測(cè)量偏振依賴損失裝置的實(shí)施例，一般用標(biāo)號(hào)10表示。
按照本發(fā)明，測(cè)量偏振依賴損失的裝置包括第一無(wú)源光學(xué)元件12和第二無(wú)源光學(xué)元件14。這些元件的PDL基本相等。第二無(wú)源光學(xué)元件14連接至第一無(wú)源光學(xué)元件12并且相對(duì)第一無(wú)源光學(xué)元件12旋轉(zhuǎn)。通過(guò)使耦合器12和14的PDL匹配，并且矢量化減去旋轉(zhuǎn)中PDL的相反相位，測(cè)量系統(tǒng)的PDL實(shí)質(zhì)上得到消除。因此噪聲水平降低至零附近并且可以精確地測(cè)量被測(cè)試光學(xué)器件(DUT)的PDL。由于系統(tǒng)測(cè)量了工作于反射模式或前向傳輸模式的光學(xué)器件的PDL，所以系統(tǒng)以相對(duì)低廉的花費(fèi)實(shí)施和提供了所需的多功能。這樣就提供了兩種類型測(cè)量的解決方案。
正如這里實(shí)施和圖1所示的那樣，工作于前向傳輸模式的本發(fā)明第一實(shí)施例包括連接至無(wú)源光學(xué)元件12的光源20。無(wú)源光學(xué)元件12連接至無(wú)源光學(xué)元件14。如上所述，第二無(wú)源光學(xué)元件14相對(duì)第一無(wú)源光學(xué)元件12旋轉(zhuǎn)直到第二無(wú)源光學(xué)元件14的PDL抵消第一無(wú)源光學(xué)元件的PDL。第二無(wú)源光學(xué)元件14的旋轉(zhuǎn)作為裝置10標(biāo)度的一部分并且將在下面討論。無(wú)源光學(xué)元件14的輸出連接至DUT。DUT的輸出連接至測(cè)量元件30。第一實(shí)施例中的被測(cè)試DUT可以是任何工作于前向傳輸模式的光學(xué)器件，例如耦合器、Mach-Zehnder和其他這類器件。
光源20由連接至偏振控制器24的窄帶光源22組成。選定窄帶光源22在0.8、1.3或1.55微米光學(xué)通信波段內(nèi)工作，這取決于DUT及其用途。
窄帶光源22可以是任何合適的已知類型，但是這里以HP8168F激光器為例。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)裝置成本限制、可獲得的波長(zhǎng)和器件而改動(dòng)和變動(dòng)窄帶光源22是顯而易見(jiàn)的。例如，任何窄線寬的激光器都是合適的。而且可以用寬帶光源的組合代替激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)光源22，例如發(fā)光二極管和窄帶濾光片。偏振控制器24可以是任何已知的類型，但是這里以惠普制造的HP8169A為例。
無(wú)源光學(xué)元件12和無(wú)源光學(xué)元件14可以是任何合適的已知類型，但是這里以每個(gè)無(wú)源元件的2×23dB偶合器為例。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)所需端口的數(shù)量而改動(dòng)和變動(dòng)本發(fā)明的無(wú)源光學(xué)元件12和14是顯而易見(jiàn)的。例如，也可以采用1×23dB耦合器。唯一的要求是耦合器14的PDL與耦合器12的PDL匹配。無(wú)源光學(xué)元件14也可以利用1×1器件實(shí)現(xiàn)，例如手動(dòng)偏振控制器。
測(cè)量單元30由檢測(cè)器32和處理器34組成。檢測(cè)器可以是任何已知的類型，但是這里以HP81524A/B為例。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)測(cè)量裝置10所需的復(fù)雜度水平而改動(dòng)和變動(dòng)檢測(cè)器32是顯而易見(jiàn)的。例如，可以采用任何合適的功率計(jì)來(lái)檢測(cè)從DUT出射的光信號(hào)強(qiáng)度。處理器34可以是任何已知的類型，但是這里以利用標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)通信接口(例如IEEE-488接口)的個(gè)人接收機(jī)或工作站為例。從DUT出射的光纖的強(qiáng)度值由檢測(cè)器32測(cè)量并且送至處理器34。器件PDL被計(jì)算和顯示出來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明，并且如圖2所示，測(cè)量偏振依賴損失的裝置10可以進(jìn)一步包括標(biāo)度前向傳輸模式下PDL測(cè)量的標(biāo)度單元40。標(biāo)度單元40包括使無(wú)源光纖元件14相對(duì)無(wú)源光學(xué)元件12定位的可旋轉(zhuǎn)臺(tái)組件42?？尚D(zhuǎn)臺(tái)組件42連接至電機(jī)44并由其驅(qū)動(dòng)。電機(jī)44受測(cè)量單元30控制，該單元在標(biāo)度單元40內(nèi)的作用相當(dāng)于環(huán)路控制器。測(cè)量單元30連接至無(wú)源光學(xué)元件14以構(gòu)成閉環(huán)控制環(huán)路。
可旋轉(zhuǎn)臺(tái)組件42可以是任何已知類型，但是這里以Newport制造的旋轉(zhuǎn)臺(tái)組件為例。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)成本和精度求而改動(dòng)和變動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)組件40是顯而易見(jiàn)的。例如，Newfocus也生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)組件。
電機(jī)44可以是任何已知類型，但是這里以步進(jìn)電機(jī)為例，它以遞增步進(jìn)方式驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)組件42。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)成本和測(cè)量要求而改動(dòng)和變動(dòng)電機(jī)44是顯而易見(jiàn)的。例如，也可以采用變速連續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，測(cè)量軟件子程序和標(biāo)度軟件子程序是駐留在處理器34存儲(chǔ)器內(nèi)軟件程序的一部分。
實(shí)例1本發(fā)明將通過(guò)作為示意性質(zhì)的下列實(shí)例得到進(jìn)一步的闡釋。耦合器12為PDL為0.029dB而單色譜響應(yīng)在1.5微米光通信段內(nèi)的2×23dB耦合器。耦合器14為PDL為0.032dB而單色譜響應(yīng)在1.5微米光通信段內(nèi)的2×23dB耦合器。因此殘余PDL的最小值為0.003dB。當(dāng)然，可以將耦合器12與14選擇為它們的PDL與幾千分之一dB匹配。這將使殘余PDL不超過(guò)0.001dB。
在標(biāo)度期間，激光器22發(fā)射中心波長(zhǎng)在1.5微米波段內(nèi)的窄帶信號(hào)。偏振控制器24使光線隨機(jī)地遍歷所有偏振狀態(tài)并且將最終的標(biāo)度信號(hào)導(dǎo)入耦合器12。標(biāo)度信號(hào)通過(guò)耦合器12和14傳播并且由測(cè)量單元30測(cè)量。測(cè)量單元30利用下列方程計(jì)算殘余PDLPDL=Log10[PoutmaxPin]-Log10[PoutminPim]---(1)]]>測(cè)量單元30采用測(cè)得的PDL值作為誤差信號(hào)以驅(qū)動(dòng)電機(jī)44和旋轉(zhuǎn)臺(tái)42。因此隨著旋轉(zhuǎn)臺(tái)組件42使耦合器14相對(duì)耦合器12旋轉(zhuǎn)，測(cè)得的殘余PDL發(fā)生變化并且測(cè)量單元30驅(qū)動(dòng)電機(jī)44和旋轉(zhuǎn)臺(tái)42直到PDL為零或達(dá)到最小值。如果耦合器12和14完美地匹配，則殘余PDL將降低為接近零。如果耦合器12與14匹配得不完美，則將出現(xiàn)最小值。在上述實(shí)例中，殘余PDL的最小值為0.003dB。因此測(cè)量單元30將該值與測(cè)量值比較以確保測(cè)量值為零或最小。該信息也可用于診斷目的以對(duì)標(biāo)度組件40的性能作出評(píng)估。一旦PDL為零，耦合器14就固定在位置上并且完成測(cè)量子程序。如圖1所示，在該點(diǎn)上，用DUT代替測(cè)量單元30并且DUT的輸出連接至測(cè)量單元30。
隨后，激光器發(fā)射中心波長(zhǎng)在1.5微米波段內(nèi)的窄帶信號(hào)。偏振控制器24使光線隨機(jī)遍歷所有的偏振狀態(tài)并且將最終的光信號(hào)導(dǎo)入耦合器12。光信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器12和14傳播。如上所述，標(biāo)度的作用是消除耦合器12和14中自身固有的PDL噪聲。因此射出耦合器14并且導(dǎo)入DUT的測(cè)試輸入信號(hào)僅僅包含微不足道的PDL。測(cè)試信號(hào)在DUT內(nèi)傳播并且DUT的輸出被導(dǎo)入測(cè)量單元30。測(cè)量單元30利用上述方程(1)計(jì)算DUT輸出信號(hào)的復(fù)合PDL。DUT的PDL利用下列方程計(jì)算PDL＝CPDL-RPDL (2)其中PDL等于DUT的PDL，CPDL指的是復(fù)合PDL，而RPDL為殘余PDL。如果耦合器12和14的PDL匹配得不完美，則即使在標(biāo)度后，測(cè)試輸入信號(hào)仍將包含殘余PDL噪聲。由于PDL是疊加的，因此該殘余PDL噪聲必須從DUT輸出處測(cè)得的復(fù)合PDL中扣減。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如本實(shí)施例和圖3所示的那樣，本發(fā)明工作在前向傳輸模式和背反射模式下。因此可以檢測(cè)和測(cè)量前向傳輸模式和背反射模式下Mach-Zehnder的PDL。它還可以測(cè)量注入光柵之類反射器件的PDL。裝置10包括連接至耦合器12的光源20。耦合器12連接至耦合器14的端口140。如上所述，耦合器14相對(duì)耦合器12旋轉(zhuǎn)直到耦合器14的PDL抵消耦合器12的PDL。如上所述，耦合器14的旋轉(zhuǎn)作為標(biāo)度子程序的一部分。耦合器14的端口142連接至DUT。因此，反射信號(hào)被導(dǎo)向端口142并且退出耦合器14的端口144。端口144連接至無(wú)源光學(xué)元件16。無(wú)源光學(xué)元件16按照耦合器14相對(duì)耦合器12旋轉(zhuǎn)的方式相對(duì)耦合器14旋轉(zhuǎn)。無(wú)源光學(xué)元件16相對(duì)耦合器14旋轉(zhuǎn)直到無(wú)源光學(xué)元件16的PDL抵消耦合器14的PDL。無(wú)源光學(xué)元件16的旋轉(zhuǎn)作為第二實(shí)施例標(biāo)度的一部分，并且將在下面討論。無(wú)源光學(xué)元件16的輸出連接至測(cè)量單元30。測(cè)量單元30還可以包括檢測(cè)從前向傳輸模式下DUT出射的光線的檢測(cè)器36。檢測(cè)器36連接至處理器34。因此測(cè)量單元30能夠同時(shí)計(jì)算前向傳輸模式和背傳輸模式的PDL。
無(wú)源光學(xué)元件16可以是任何合適的已知類型，但是這里以2×23dB耦合器為例。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)所需的端口數(shù)而改動(dòng)和變動(dòng)無(wú)源光學(xué)元件16是顯而易見(jiàn)的。例如，也可以采用1×23dB耦合器。任何脫離支架(off-the shelf)型耦合器都是合適的。唯一的要求是耦合器16的PDL與耦合器14的PDL匹配。無(wú)源光學(xué)元件16也可以用手動(dòng)偏振控制器之類的1×1器件實(shí)現(xiàn)。光源20、耦合器12、耦合器14和測(cè)量單元30已經(jīng)在第一實(shí)施例中作了討論。
按照本發(fā)明，并且如圖4所示，本發(fā)明第二實(shí)施例進(jìn)一步包括標(biāo)度背向反射PDL測(cè)量的標(biāo)度單元40。包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)組件42、電機(jī)44和測(cè)量單元30的標(biāo)度單元40與前向傳輸模式PDL測(cè)量中討論的標(biāo)度單元40相同并且標(biāo)度方法也相同。
實(shí)例2本發(fā)明第二實(shí)施例將通過(guò)作為示意性質(zhì)的下列實(shí)例得到進(jìn)一步的闡釋。耦合器12為PDL為0.029dB而單色譜響應(yīng)在1.5微米光通信段內(nèi)的2×23dB耦合器。耦合器14為PDL為0.032dB而單色譜響應(yīng)在1.5微米光通信段內(nèi)的2×23dB耦合器。因此耦合器12與14的殘余PDL最小值為0.003dB。耦合器16為PDL為0.026dB而單色譜響應(yīng)在1.5微米光通信段內(nèi)的2×23dB耦合器。因此耦合器14與16的殘余PDL最小值為0.006dB。當(dāng)然，可以將耦合器12、14和16選擇為它們的PDL與幾千分之一dB匹配。以這種方式選擇耦合器將使殘余PDL不超過(guò)0.001dB。
圖4示出了第二實(shí)施例的標(biāo)度。耦合器14的標(biāo)度在第一實(shí)施例中已經(jīng)作了描述并且對(duì)于第二實(shí)施例也是相同的。第二實(shí)施例的標(biāo)度還包括標(biāo)度耦合器16的步驟。在耦合器16的標(biāo)度期間，激光器22發(fā)射中心波長(zhǎng)在1.5微米波段內(nèi)的窄帶信號(hào)。偏振控制器24使光線隨機(jī)地遍歷所有偏振狀態(tài)并且將最終的標(biāo)度信號(hào)導(dǎo)入耦合器14的端口142以模擬反射信號(hào)。標(biāo)度信號(hào)通過(guò)耦合器14和16傳播并且由測(cè)量單元30測(cè)量。測(cè)量單元30利用上述方程(1)計(jì)算殘余PDL。因此，如果耦合器14和16完美地匹配，則測(cè)量單元30測(cè)得的殘余PDL將降低為接近零。如果耦合器12與14匹配得不完美，則將出現(xiàn)最小值。在這種情況下，耦合器14與16之間的殘余PDL為0.006dB。一旦PDL為零或?yàn)樽钚≈担詈掀?6就固定在位置上用于DUT的測(cè)量。
如圖3所示，光源20從耦合器14斷開并且連接至耦合器12。耦合器14連接至DUT。隨后，激光器22發(fā)射窄帶信號(hào)并且偏振控制器24使光線隨機(jī)遍歷所有的偏振狀態(tài)并且將最終的光信號(hào)導(dǎo)入耦合器12。光信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器12和14傳播。如上所述，標(biāo)度的作用是消除耦合器12和14中自身固有的PDL噪聲。因此退出耦合器14并且導(dǎo)入DUT的測(cè)試輸入信號(hào)僅僅包含微不足道的PDL。測(cè)試信號(hào)由DUT反射并且導(dǎo)入耦合器14的端口142。耦合器14使光信號(hào)從端口144導(dǎo)入耦合器16。測(cè)試輸出信號(hào)射出耦合器16并且導(dǎo)入測(cè)量單元30。測(cè)量單元30利用上述方程(1)計(jì)算DUT反射信號(hào)的PDL。DUT的PDL利用方程(2)計(jì)算。
對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明作出各種修改和改動(dòng)是顯而易見(jiàn)的。因此本發(fā)明涵蓋落在所附權(quán)利要求限定范圍的修改和改動(dòng)以及它們的等價(jià)替換。
權(quán)利要求
1.一種利用隨機(jī)偏振光信號(hào)測(cè)量被測(cè)試光學(xué)器件的偏振依賴損失的裝置，所述裝置產(chǎn)生導(dǎo)入被測(cè)試光學(xué)器件內(nèi)的測(cè)試輸入信號(hào)，其特征在于所述裝置包括連接至所述光源的第一無(wú)源光學(xué)元件，其中所述第一無(wú)源光學(xué)元件具有第一偏振損失損失；以及連接至所述第一無(wú)源光學(xué)元件并且具有基本上等于所述第一偏振依賴損失的第二偏振依賴損失的第二無(wú)源光學(xué)元件，所述第二無(wú)源光學(xué)元件相對(duì)所述第一無(wú)源光學(xué)元件放置為使所述第二偏振依賴損失基本上抵消所述第一偏振依賴損失并且輸出偏振依賴損失等于第一最小值的測(cè)試輸入信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于光源進(jìn)一步包括發(fā)射窄帶光信號(hào)的激光光源；以及連接至所述激光光源和第一無(wú)源光學(xué)元件的偏振控制器，其中所述偏振控制器使所述窄帶光信號(hào)隨機(jī)偏振從而產(chǎn)生光信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于光源進(jìn)一步包括發(fā)射寬帶光信號(hào)的光源；以及連接至所述寬帶光源的對(duì)所述寬帶光信號(hào)進(jìn)行濾光從而產(chǎn)生窄帶光信號(hào)的窄帶濾光片；以及連接至所述窄帶濾光片和第一無(wú)源光學(xué)元件的偏振控制器，其中所述偏振控制器使所述窄帶光信號(hào)隨機(jī)偏振從而產(chǎn)生光信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括與測(cè)試下光學(xué)器件輸出相連的測(cè)量單元，用于測(cè)量器件輸出信號(hào)并計(jì)算被測(cè)試光學(xué)器件的偏振依賴損失；以及連接至第二無(wú)源光學(xué)元件的標(biāo)度組件，用于標(biāo)度前向傳輸模式下的測(cè)量，所述標(biāo)度器件使第二無(wú)源光學(xué)器件旋轉(zhuǎn)以響應(yīng)標(biāo)度信號(hào)，從而使第二偏振依賴損失基本上抵消第一偏振依賴損失。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于測(cè)量單元進(jìn)一步包括連接至被測(cè)試器件的光檢測(cè)器；以及連接至所述光檢測(cè)器的計(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置包括具有測(cè)量子程序和標(biāo)度子程序的軟件程序。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于第一無(wú)源光學(xué)器件和第二無(wú)源光學(xué)器件為耦合器。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于第一最小值等于第一偏振依賴損失減去第二偏振依賴損失的絕對(duì)值。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于第一最小值小于0.001dB。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于測(cè)試輸入信號(hào)由光學(xué)器件反射入第二無(wú)源光學(xué)元件從而產(chǎn)生導(dǎo)入第二無(wú)源光學(xué)元件輸出的測(cè)試輸出信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括連接至第二無(wú)源光學(xué)元件的輸出并且具有基本上等于所述第二偏振依賴損失的第三偏振依賴損失的第三無(wú)源光學(xué)元件，所述第三無(wú)源光學(xué)元件相對(duì)所述第二無(wú)源光學(xué)元件放置為使所述第三偏振依賴損失基本上抵消所述第二偏振依賴損失，從而使測(cè)試輸出信號(hào)具有基本上等于第二最小值的偏振依賴損失。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于第二最小值等于第二偏振依賴損失減去第三偏振依賴損失的絕對(duì)值。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于第一最小值小于0.001dB。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于第一無(wú)源光學(xué)器件、第二無(wú)源光學(xué)器件和第三無(wú)源光學(xué)器件為耦合器。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括與第三無(wú)源光學(xué)元件相連的測(cè)量單元，用于測(cè)量測(cè)試輸出信號(hào)并計(jì)算被測(cè)試光學(xué)器件的偏振依賴損失；以及連接至第二無(wú)源光學(xué)元件和第三無(wú)源光學(xué)元件的標(biāo)度組件，用于標(biāo)度前向傳輸模式和背向反射模式下的測(cè)量。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于測(cè)量單元進(jìn)一步包括連接至被測(cè)試器件的光檢測(cè)器；以及連接至所述光檢測(cè)器的計(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置包括具有測(cè)量子程序和標(biāo)度子程序的軟件程序。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于測(cè)量裝置通過(guò)下式計(jì)算測(cè)試輸出信號(hào)偏振依賴損失PDL=Log10[PoutmaxPin]-Log10[PoutminPin]---(1)]]>其中PDL為以分貝為單位的所述測(cè)試輸出信號(hào)偏振依賴損失，Pout max為測(cè)試輸出信號(hào)的最大功率，Pout min為測(cè)試輸出信號(hào)的最小功率，Pin為測(cè)試輸入信號(hào)的功率。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于被測(cè)試光學(xué)器件的偏振依賴損失等于輸出信號(hào)偏振依賴損失減去第二最小值。
18.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于標(biāo)度組件進(jìn)一步包括可旋轉(zhuǎn)臺(tái)組件，用于旋轉(zhuǎn)前向傳輸標(biāo)度模式下的第二無(wú)源光學(xué)元件和背向反射標(biāo)度模式下的第三無(wú)源光學(xué)元件；以及電機(jī)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述可旋轉(zhuǎn)臺(tái)組件以響應(yīng)來(lái)自測(cè)量單元的信號(hào)，其中所述可旋轉(zhuǎn)臺(tái)、所述電機(jī)組件和測(cè)量單元構(gòu)成前向傳輸標(biāo)度模式和背向反射標(biāo)度模式期間的控制環(huán)路。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于測(cè)量單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)以使第二無(wú)源光學(xué)元件相對(duì)所述第一無(wú)源光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)直到標(biāo)度信號(hào)的偏振依賴損失基本上等于第一最小值。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于第一最小值等于第一偏振依賴損失減去第二偏振依賴損失的絕對(duì)值。
21.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于測(cè)量單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)以使第三無(wú)源光學(xué)元件相對(duì)所述第二無(wú)源光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)直到標(biāo)度信號(hào)的偏振依賴損失基本上等于第二最小值。
22.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于測(cè)量單元與前向傳輸標(biāo)度模式下的第二無(wú)源光學(xué)元件光連接并且與背向反射標(biāo)度模式下的第三無(wú)源光學(xué)元件光連接，從而測(cè)量標(biāo)度信號(hào)功率并且根據(jù)所述標(biāo)度信號(hào)功率產(chǎn)生誤差信號(hào)，其中測(cè)量單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件直到所述誤差信號(hào)等于前向傳輸標(biāo)度模式下的第一最小值和背向反射標(biāo)度模式下的第二最小值。
23.一種利用一種裝置測(cè)量光學(xué)器件偏振依賴損失的方法，裝置包括發(fā)射隨機(jī)偏振的光信號(hào)的光源、連接至光源的第一無(wú)源光學(xué)元件，其中第一無(wú)源光學(xué)元件具有第一偏振依賴損失，其特征在于所述測(cè)量方法包括以下步驟提供具有基本上等于第一偏振依賴損失的第二偏振依賴損失并且在相對(duì)位置上連接至第一無(wú)源光學(xué)元件從而使第二偏振依賴損失基本上抵消第一偏振依賴損失的第二無(wú)源光學(xué)元件；使光信號(hào)導(dǎo)入第一無(wú)源光學(xué)元件從而使第二無(wú)源光學(xué)元件產(chǎn)生測(cè)試輸入信號(hào)，其中測(cè)試輸入信號(hào)具有基本上等于第一最小值的偏振依賴損失；使測(cè)試輸入信號(hào)導(dǎo)入光學(xué)器件；以及測(cè)量光學(xué)器件的輸出信號(hào)從而確定偏振依賴損失。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于第一最小值等于第一偏振依賴損失減去第二偏振依賴損失的絕對(duì)值。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟提供具有基本上等于所述第二偏振依賴損失的第三偏振依賴損失并且連接至第二無(wú)源光學(xué)元件的第三無(wú)源光學(xué)元件，從而使得所述第三偏振依賴損失基本上抵消所述第二偏振依賴損失；使測(cè)試輸出信號(hào)導(dǎo)入第二無(wú)源光學(xué)元件，其中所述測(cè)試輸出信號(hào)通過(guò)使測(cè)試輸入信號(hào)反射離開被測(cè)試光學(xué)器件而產(chǎn)生；測(cè)量所述第三無(wú)源光學(xué)元件輸出處的所述測(cè)試輸出信號(hào)從而產(chǎn)生測(cè)試輸出測(cè)量；以及利用所述測(cè)試輸出測(cè)量計(jì)算偏振依賴損失。
26.一種標(biāo)度用于測(cè)量光學(xué)器件偏振依賴損失的裝置的方法，所述裝置包括發(fā)射隨機(jī)偏振的光信號(hào)的光源和具有第一偏振依賴損失的第一無(wú)源光學(xué)元件，其特征在于所述標(biāo)度方法包括以下步驟提供具有基本上等于第一偏振依賴損失的第二偏振依賴損失并且連接至第一無(wú)源光學(xué)元件的第二無(wú)源光學(xué)元件；使光信號(hào)導(dǎo)入第一無(wú)源光學(xué)元件從而創(chuàng)建射出第二無(wú)源光學(xué)元件的標(biāo)度信號(hào)；以及旋轉(zhuǎn)第二無(wú)源光學(xué)元件直到標(biāo)度信號(hào)的第一標(biāo)度偏振依賴損失等于第一最小值。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于第一最小值等于第一偏振依賴損失減去第二偏振依賴損失的絕對(duì)值。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟提供具有基本上等于所述第二偏振依賴損失的第三偏振依賴損失并且連接至第二無(wú)源光學(xué)元件的第三無(wú)源光學(xué)元件；使光信號(hào)導(dǎo)入第二無(wú)源光學(xué)元件從而使第二標(biāo)度信號(hào)射出所述第三無(wú)源光學(xué)元件；以及旋轉(zhuǎn)所述第三無(wú)源光學(xué)元件直到所述第三偏振依賴損失基本上抵消第二偏振依賴損失并且所述第二標(biāo)度信號(hào)的第二標(biāo)度偏振依賴損失等于第二最小值。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于第二最小值等于第二偏振依賴損失減去第三偏振依賴損失的絕對(duì)值。
全文摘要
所揭示的測(cè)量偏振依賴損失的裝置的特征在于一前一后組合起來(lái)并且取向使得測(cè)量系統(tǒng)PDL噪聲降低至忽略不計(jì)水平的幾個(gè)光纖光學(xué)耦合器。通過(guò)匹配耦合器的PDL并且矢量化減去偏振的相反相位,實(shí)際上消除了測(cè)量系統(tǒng)的PDL。因此PDL噪聲水平降低至零附近并且被測(cè)試光學(xué)器件(DUT)的PDL可以精確測(cè)量。由于系統(tǒng)測(cè)量了工作于反射模式或前向傳輸模式的光學(xué)器件的PDL,所以以較少花費(fèi)實(shí)現(xiàn)和提供了多功能。這樣,它提供了對(duì)兩種類型器件的PDL測(cè)量的解決方案。
文檔編號(hào)G01M11/02GK1348543SQ00806621
公開日2002年5月8日 申請(qǐng)日期2000年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月26日
發(fā)明者M·A·馬羅, W·E·施米特, M·A·薩馬, G·E·威廉斯 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司