專利名稱：偏振相關(guān)損耗pdl的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)偏振相關(guān)損耗(PDL)測(cè)量的方法，用于光纖通信器件及系統(tǒng)的PDL測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)情況下對(duì)光器件及系統(tǒng)的PDL特性測(cè)量。
背景技術(shù)：
PDL是光器件或系統(tǒng)在所有偏振狀態(tài)下的最大和最小傳輸光功率的比率。在光纖通信系統(tǒng)中，光器件的PDL會(huì)導(dǎo)致傳輸信號(hào)畸變并最終引起系統(tǒng)傳輸性能的劣化。因此，PDL對(duì)于光器件的表征至關(guān)重要。實(shí)際上，每個(gè)器件都表現(xiàn)為一種偏振相關(guān)傳輸。由于傳輸信號(hào)的偏振不僅局限于光纖網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)，因此器件的插入損耗隨偏振狀態(tài)而異。由于光纖中傳輸光信號(hào)偏振態(tài)的任意變化，這種效應(yīng)會(huì)沿傳輸鏈路不可控制地增長(zhǎng)，對(duì)傳輸質(zhì)量帶來嚴(yán)重影響。個(gè)別器件的PDL會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)造成大的功率波動(dòng)，從而提高了系統(tǒng)的比特錯(cuò)誤率，甚至?xí)?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障。結(jié)合偏振模色散(PMD)，PDL可能成為脈沖失真和擴(kuò)散的主要來源。而且，在WDM網(wǎng)絡(luò)的波長(zhǎng)選擇型器件中，PDL對(duì)應(yīng)于器件的光譜傳輸特征曲線而變化。此外，有些濾波器屬性(如波動(dòng)或通帶帶寬)也是偏振相關(guān)的。因此，PDL波長(zhǎng)特性的測(cè)定同樣必不可少。因此，對(duì)許多光通信器件制造商和使用者面言，一個(gè)準(zhǔn)確有效的PDL測(cè)量方案就顯得極為重要。
現(xiàn)有的PDL測(cè)量方法可分為兩大類確定性方法和非確定性方法。確定性方法是通過測(cè)量DUT在一系列定義輸入偏振狀態(tài)下的傳輸屬性，從DUT的Mueller或Jones測(cè)試矩陣中推導(dǎo)得出其PDL，例如Mueller方法，即在選定波長(zhǎng)間隔上執(zhí)行四次具有四種不同偏振狀態(tài)(至少一個(gè)為橢圓，通常四種偏振為正交狀態(tài))的掃描。該方法與擾偏方法之間的主要區(qū)別是PDL測(cè)量與掃描的每一點(diǎn)(或波長(zhǎng)位置)相關(guān)。四次掃描后，用戶可以在300nm內(nèi)每隔0.05nm選擇一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。然而，如果使用擾偏的方法做這樣的工作，則是不可思議并難以實(shí)現(xiàn)的。非確定性方法測(cè)量DUT在大量輸入偏振狀態(tài)下的最小和最大傳輸光功率值；例如擾偏技術(shù)，即在光源和DUT之間放置擾偏器，在覆蓋PoincaréSphere的同時(shí)測(cè)量損耗變化，這樣可體現(xiàn)所有可能的偏振狀態(tài)。該方法能產(chǎn)生非常精確的結(jié)果，只是會(huì)受測(cè)試探頭和內(nèi)部參考探頭的偏振相關(guān)響應(yīng)(PDR)、擾偏器激活損耗(即在沒有系統(tǒng)PDL和探頭PDR的情況下測(cè)量到的功率變化)和覆蓋所有可能偏振狀態(tài)范圍大小的限制。該技術(shù)的主要缺點(diǎn)是它不能與快速波長(zhǎng)掃描一起使用。
參考文獻(xiàn)1Iannone，E.F.Matera，A.Mecozzi，and M.Settembre，NonlinearOptical Communication Networks，New YorkJohn Wiley&Sons，Inc.，pp30-35，1998.
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發(fā)明內(nèi)容
基于PDL和PMD共存時(shí)調(diào)制信號(hào)的偏振度(DOP)會(huì)隨著PDL變化而發(fā)生有規(guī)律變化的原理，本發(fā)明提供一種偏振相關(guān)損耗PDL的測(cè)量方法，用于光纖通信器件及系統(tǒng)的PDL測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)情況下對(duì)光器件或系統(tǒng)的PDL特性測(cè)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種偏振相關(guān)損耗PDL的測(cè)量方法，其特征在于使入射調(diào)制光信號(hào)進(jìn)入一個(gè)雙折射器件，然后依次通過一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器，一個(gè)PDL待測(cè)器件，最后進(jìn)入一個(gè)偏振計(jì)；使偏振旋轉(zhuǎn)器沿偏振軸向旋轉(zhuǎn)一周，在這個(gè)過程中分別記下所出現(xiàn)的DOP最大值和最小值，并根據(jù)以下公式計(jì)算相應(yīng)的器件PDL值，PDL=5log101+DOPmax-DOPmin-DOPmax·DOPmin1+DOPmin-DOPmax-DOPmax·DOPmin]]>如上所述的偏振相關(guān)損耗PDL的測(cè)量方法，其特征在于進(jìn)入雙折射器件的光信號(hào)為線偏振光，光信號(hào)在雙折射器件兩偏振主軸上的能量分配均等。
在我們的設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化PDL的測(cè)量方案，進(jìn)入雙折射器件的光信號(hào)最好為線偏振光，并且使得光信號(hào)在該雙折射器件兩偏振主軸上的能量分配均等。為此，可采用線偏振器與雙折射器件組合，即在雙折射器件前加一個(gè)線偏振器(實(shí)際應(yīng)用中可將兩者集成在一起)，并將光源與線偏振器之間采用保偏光纖連接。隨著偏振旋轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)動(dòng)一周，偏振計(jì)測(cè)量出相應(yīng)的光信號(hào)DOP最大和最小值，并反饋給控制模塊，控制模塊計(jì)算出PDL待測(cè)器件的PDL值，并根據(jù)所需要達(dá)到的PDL測(cè)量精度，隨時(shí)控制偏振旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)并進(jìn)行提高PDL測(cè)量精度的相應(yīng)運(yùn)算。而且，由于通常情況下很多DWDM器件需要測(cè)量多個(gè)波長(zhǎng)情況下的PDL值，這在圖1中可通過選擇波長(zhǎng)可調(diào)型的激光器來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的較好的方案是，進(jìn)入雙折射器件的調(diào)制光光信號(hào)需要為線偏振光，且光信號(hào)在該雙折射器件兩偏振主軸上的能量分配均等。為了簡(jiǎn)化PDL的測(cè)量方案，進(jìn)入雙折射器件的光信號(hào)為線偏振光，線偏振光情況下所得到的DOP表達(dá)公式最為簡(jiǎn)潔，進(jìn)而可增加本PDL測(cè)量方案的可行性。
使用本方法的優(yōu)點(diǎn)在于1.本方法僅需要測(cè)量光信號(hào)DOP的最大和最小值來得到光器件或系統(tǒng)中的PDL量值，而不像擾偏方法一樣需要測(cè)量大量無規(guī)則變化的偏振態(tài)，因而可快速有效測(cè)量單波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)情況下光器件或系統(tǒng)中的PDL量值；并可實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控情況下的PDL智能測(cè)量。
2.測(cè)量方案簡(jiǎn)單易行，反饋控制方案極其簡(jiǎn)單；且與現(xiàn)有PDL測(cè)量方案比較具有一定成本優(yōu)勢(shì)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的PDL測(cè)量方案原理框圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例中輸入偏振光信號(hào)，雙折射器件的快/慢主軸，及PDL衰減軸之間的相對(duì)關(guān)系示意圖。
圖3給出了本發(fā)明實(shí)施例的反饋控制算法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，我們提供了實(shí)現(xiàn)這種目的的方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
和工作原理圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于DOP測(cè)量的PDL測(cè)量方案原理框圖。
如圖1中所示的實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)PDL測(cè)量的方法，用于實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)情況下對(duì)光纖通信器件及系統(tǒng)的PDL特性測(cè)量。其方案中主要包括一個(gè)調(diào)制光信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生單波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)的調(diào)制光信號(hào)；一個(gè)線偏振器，用于將調(diào)制信號(hào)光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光；一個(gè)雙折射器件，用于產(chǎn)生差分群時(shí)延(即一階PMD)，并且通過調(diào)節(jié)線偏振器與雙折射器件偏振主軸間的相對(duì)角度，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在該雙折射器件兩偏振主軸上能量均分；一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器，用于將偏振光信號(hào)從初始偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)到所需要的偏振態(tài)；一個(gè)反饋信號(hào)裝置，用于檢測(cè)光信號(hào)通過待測(cè)PDL器件之后的狀態(tài)并將信息提供給控制系統(tǒng)；
一個(gè)控制系統(tǒng)，用于根據(jù)反饋信號(hào)裝置提供的信息控制偏振旋轉(zhuǎn)器的狀態(tài)。
非歸零(NRZ)調(diào)制信號(hào)(可被看作一個(gè)線偏振信號(hào))進(jìn)入一個(gè)雙折射器件(該器件用于產(chǎn)生差分群時(shí)延，即一階PMD)，然后依次通過一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器，一個(gè)PDL待測(cè)器件(DUT)，最后進(jìn)入一個(gè)偏振計(jì)(該器件用于測(cè)量輸入光信號(hào)的DOP)。在本實(shí)施例中，為了簡(jiǎn)化PDL的測(cè)量方案，可將進(jìn)入雙折射器件的光信號(hào)調(diào)節(jié)為線偏振光(線偏振光情況下所得到的DOP表達(dá)公式更為簡(jiǎn)潔，進(jìn)而可增加本PDL測(cè)量方案的可行性)，并且使得光信號(hào)在該雙折射器件兩偏振主軸上的能量分配均等。為此，可在雙折射器件前加一個(gè)線偏振器(實(shí)際應(yīng)用中可將線偏振器與雙折射器件集成在一起)，并在光源與線偏振器之間采用保偏光纖連接。隨著偏振旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著偏振旋轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)動(dòng)一周，偏振計(jì)測(cè)量出相應(yīng)的光信號(hào)偏振度最大和最小值，并反饋給控制模塊，控制模塊計(jì)算出PDL待測(cè)器件的PDL值，并根據(jù)所需要達(dá)到的PDL測(cè)量精度，隨時(shí)控制偏振旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)并進(jìn)行提高PDL測(cè)量精度的相應(yīng)運(yùn)算。而且，由于通常情況下很多DWDM器件需要測(cè)量多個(gè)波長(zhǎng)情況下的PDL值，這在圖1中可通過選擇波長(zhǎng)可調(diào)型的激光器來實(shí)現(xiàn)。
基于DOP測(cè)量的PDL測(cè)量方案的思路來源于對(duì)PDL影響DOP反饋式PMD補(bǔ)償?shù)难芯俊４颂幬覀儍H給出本方案所需的理論。首先，在瓊斯(Jones)空間內(nèi)建立一個(gè)x-y坐標(biāo)系(x/y軸分別對(duì)應(yīng)于雙折射器件的快/慢偏振主軸)，然后，如圖2所示，將輸入雙折射器件的光信號(hào)調(diào)節(jié)為45°線偏振光，其瓊斯矢量可寫為E→in(ω)=Ein(ω)·11---(1)]]>其中Ein(ω)是信號(hào)在頻域的振幅表示。此處我們以高斯型傳輸信號(hào)為例來闡述PDL的測(cè)量機(jī)理，盡管我們的研究方法適用于任意形狀的光信號(hào)。在雙折射器件輸入端光信號(hào)的功率表達(dá)式可以寫為Iin(t)＝exp(-t2/2T2)(2)其中T是輸入信號(hào)的脈沖寬度。因此，經(jīng)過一些傅立葉變換后，輸入信號(hào)振幅的頻域表達(dá)式可以寫作Ein(ω)＝exp(-ω2T2)(3)圖2為本發(fā)明所涉及的輸入偏振光信號(hào)，雙折射器件的快/慢主軸，及PDL衰減軸之間的相對(duì)關(guān)系示意圖。下面我們分別給出雙折射器件和待測(cè)PDL器件的瓊斯矩陣。如圖2所示，雙折射器件的瓊斯矩陣可寫為
D→=eiωΔτ200e-iωΔτ2---(4)]]>其中Δτ是雙折射器件的差分群延遲(DGD)。根據(jù)PDL的定義，因?yàn)橛绊懫穸鹊氖切盘?hào)沿兩個(gè)PDL衰減軸的能量衰減比例，所以可以等效地認(rèn)為實(shí)際的PDL器件僅有一個(gè)衰減軸，該衰減軸的衰減系數(shù)為α(0≤α≤1，α＝1對(duì)應(yīng)于無PDL的情況)，該衰減軸與雙折射器件快主軸間的夾角為β(0＜β≤π)，如圖2所示。器件的PDL大小和衰減系數(shù)α間的函數(shù)關(guān)系如下PDL(α)=10log101α2(dB)---(5)]]>PDL待測(cè)器件的瓊斯矩陣可寫為α→=αcos2β+sin2β(α-1)sinβcosβ(a-1)sinβcosβαsin2β+cos2β---(6)]]>因此，偏振計(jì)探測(cè)到的輸出光信號(hào)可表示為E→O(ω)α→·D→·E→in(ω)=t1t2·Ein(ω)---(7)]]>其中t1和t2的具體表達(dá)式如下t1=(αcos2β+sin2β)·eiωΔτ2+α-12·sin2β·e-iωΔτ2---(8.a)]]>t2=α-12·sin2β·eiωΔτ2+(αsin2β+cos2β)·e-iωΔτ2---(8.b)]]>接下來我們討論P(yáng)MD和PDL共同作用下的DOP變化規(guī)律。以下密度矩陣描述了進(jìn)入偏振計(jì)的光信號(hào)的偏振態(tài)[8]ρ=∫-x+xE→o(ω)·E→*o(ω)dω]]>=12m0+m1m2-im3m2+im3m0-m1---(9)]]>其中“*”代表矩陣的共軛轉(zhuǎn)置；m0為輸出信號(hào)的光強(qiáng)度，且有m0=∫(E→*o·E→o)dt;]]> 是輸出信號(hào)的斯托克斯表示形式，且有m→=m1m2m3.]]>從以上(7)-(9)式，輸出信號(hào)的偏振度可以表示為DOP=m12+m22+m32m0---(10)]]>=[(α2-1)·cos2β+(α-1)22·sin4β·exp(-Δτ24T2)]2+{(α2-1)·sin2β+[(α+1)22-(α-1)22·cos4β]·exp(-Δτ24T2)}2α2+1+(α2-1)·sin2β·exp(-Δτ24T2)]]>
從公式(10)可以看出首先，DOP是Δτ，α和β的函數(shù)，而且PDL僅在有PMD時(shí)才影響光信號(hào)的偏振度，這是我們?yōu)槭裁丛赑DL測(cè)量裝置中引入雙折射器件的原因；其次，由于圖1中雙折射器件的PMD值為已知的確定值，而待測(cè)PDL器件的PDL值也固定，我們就可以根據(jù)測(cè)得的不同PDL情況下的DOP-β曲線特性計(jì)算得到待測(cè)PDL器件的PDL值，比如測(cè)量DOP的最大/最小值或者DOP曲線的斜率等等。例如，當(dāng)β＝3π/4或π/4時(shí)，我們可以分別得到DOP的最大/最小值(DOPmax或DOPmin)，其具體表達(dá)式如公式(11)和(12)所示DOPmax(PDL)=1-α2+(α2+1)·exp(-Δτ24T2)α2+1+(1-α2)·exp(-Δτ24T2)---(11)]]>=1-10-PDL10+(10-PDL10+1)·exp(-Δτ24T2)10-PDL10+1+(1-10-PDL10)·exp(-Δτ24T2)]]>DOPmin(PDL)=α2-1+(α2+1)·exp(-Δτ24T2)α2+1+(α2-1)·exp(-Δτ24T2)---(12)]]>=10-PDL10-1+(10-PDL10+1)·exp(-Δτ24T2)10-PDL10+1+(10-PDL10-1)·exp(-Δτ24T2)]]>進(jìn)而可以得到用DOPmax和DOPmin表示的待測(cè)器件的PDL數(shù)值的函數(shù)表達(dá)式，具體如下PDL=5log101+DOPmax-DOPmin-DOPmax·DOPmin1+DOPmin-DOPmax-DOPmax·DOPmin---(13)]]>由公式(13)和圖1可知，只要在偏振旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)過程中準(zhǔn)確測(cè)得DOP的最大值和最小值，就可以根據(jù)公式(13)計(jì)算得到待測(cè)器件的PDL值。
圖3是本發(fā)明所涉及的PDL測(cè)量反饋控制算法的流程圖。首先，讀取系統(tǒng)的DOP反饋信號(hào)，送到反饋控制中心；然后，由反饋控制中心發(fā)送一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使偏振旋轉(zhuǎn)器的偏振軸向改變一個(gè)角度，即一個(gè)步長(zhǎng)(步長(zhǎng)的具體大小可以由控制模塊的響應(yīng)最小電壓梯度來決定，也可以是步進(jìn)的整數(shù)倍，具體要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的效果及所需要的測(cè)量精度而定)，在偏振旋轉(zhuǎn)器響應(yīng)后，馬上發(fā)送一個(gè)新的DOP反饋信號(hào)送到反饋控制中心，跟原儲(chǔ)存的反饋信號(hào)值比較；如此往復(fù)使偏振旋轉(zhuǎn)器的偏振軸向旋轉(zhuǎn)一周，在這個(gè)過程中分別記下所出現(xiàn)的DOP最大值和最小值，并根據(jù)公式(13)計(jì)算相應(yīng)的器件PDL值，為減小PDL測(cè)量誤差，可重復(fù)測(cè)量n次(即使偏振旋轉(zhuǎn)器的偏振軸向旋轉(zhuǎn)n周，n≥0，分別記下每周旋轉(zhuǎn)中所出現(xiàn)的DOP最大值和最小值，并求相應(yīng)PDL值)并取平均值(可根據(jù)具體情況采取加權(quán)平均等運(yùn)算方式)。如圖3所示。
通過本發(fā)明，我們實(shí)現(xiàn)了單波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)情況下對(duì)光纖通信器件及系統(tǒng)的PDL特性測(cè)量。本發(fā)明的高可靠性的關(guān)鍵在于，進(jìn)入雙折射器件的調(diào)制光光信號(hào)需要為線偏振光，且光信號(hào)在該雙折射器件兩偏振主軸上的能量分配均等。為此，可采用線偏振器與雙折射器件組合，即在雙折射器件前加一個(gè)線偏振器(實(shí)際應(yīng)用中可將兩者集成在一起)，并將光源與線偏振器之間采用保偏光纖連接。隨著偏振旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)，偏振計(jì)測(cè)量相應(yīng)的光信號(hào)偏振度并反饋給控制模塊，控制模塊計(jì)算出PDL待測(cè)器件的PDL值，并隨時(shí)控制偏振旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。本發(fā)明不但適用于光通信器件或系統(tǒng)在單波長(zhǎng)情況下的PDL測(cè)量，同樣也適用于多波長(zhǎng)情況下的PDL測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種偏振相關(guān)損耗PDL測(cè)量方法，其特征在于使入射調(diào)制光信號(hào)進(jìn)入一個(gè)雙折射器件，然后依次通過一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器，一個(gè)PDL待測(cè)器件，最后進(jìn)入一個(gè)偏振計(jì)；使偏振旋轉(zhuǎn)器沿偏振軸向旋轉(zhuǎn)一周，在這個(gè)過程中分別記下所出現(xiàn)的DOP最大值和最小值，并根據(jù)公式(13)計(jì)算相應(yīng)的器件PDL值，PDL=5log101+DOPmax-DOPmin-DOPmax·DOPmin1+DOPmin-DOPmax-DOPmax·DOPmin---(13)]]>
2.如權(quán)利要求1所述的偏振相關(guān)損耗PDL測(cè)量方法，其特征在于進(jìn)入雙折射器件的光信號(hào)為線偏振光，光信號(hào)在雙折射器件兩偏振主軸上的能量分配均等。
全文摘要
一種偏振相關(guān)損耗PDL的測(cè)量方法，其特征在于使入射調(diào)制光信號(hào)進(jìn)入一個(gè)雙折射器件，然后依次通過一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器，一個(gè)PDL待測(cè)器件，最后進(jìn)入一個(gè)偏振計(jì)；使偏振旋轉(zhuǎn)器沿偏振軸向旋轉(zhuǎn)一周，在這個(gè)過程中分別記下所出現(xiàn)的DOP最大值和最小值，并根據(jù)公式(13)計(jì)算相應(yīng)的器件PDL值，本方法的優(yōu)點(diǎn)在于可快速有效測(cè)量單波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)情況下光器件或系統(tǒng)中的PDL量值；并可實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控情況下的PDL智能測(cè)量，簡(jiǎn)單易行，反饋控制極其簡(jiǎn)單，且具有一定成本優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1988419SQ20061012544
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者張璐, 胡強(qiáng)高, 江山, 宋朋, 劉水華 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司