CN104503028A - 一种偏振相同的时分复用装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光采样技术领域，尤其是一种偏振相同的时分复用采用装置及制作方法。本发明针对现有技术存在的问题，提供一种偏振相同的时分复用采用装置及制作方法，其通过n级时分复用模块级联实现将一个输入光脉冲信号分割为幅度偏振态相同且延迟时间等间距的2ⁿ个光脉冲信号。本发明包括n级时分复用模块，所述n级时分复用模块首尾依次级联，所述n-1级时分复用模块的输出端与n级时分复用模块输入端连接；所述时分复用模块包括三端口环形器、耦合器、功率调节模块、时间延迟调节模块；所述三端口环形器输入端作为时分复用模块的输入端，所述三端口环形器输出端作为时分复用模块的输出端。

Description

一种偏振相同的时分复用装置及制作方法

技术领域

本发明涉及光采样技术领域，尤其是一种偏振相同的时分复用装置及制作方法。

背景技术

传统的时分复用结构如图1所示。采用这种结构所复制产生的周期光脉冲，由于所经过传输路径不同，脉冲互相之间的偏振态互不相同。而光电调制器通常设定为选择性地调制TE模或TM模，将另外的一个模式虑掉，所以光电调制器通常是偏振敏感的，不同的偏振态相同幅度的脉冲经过调制器，所得调制结果互不相同。

解决上述问题的一般方法有两种：一是将整个模块制作成保偏模块，这将需要使用保偏光纤和保偏器件，会造成成本的增加。更重要的是一些器件如延迟器国内还难以制作成保偏器件。二是调节偏振态使的所有脉冲的偏振态相同，并将其固定。然而，由于复制之后的偏振态的多样性，将所有偏振态调节一致往往比较复杂。再者，单模光纤的双折射与应力挤压有关，所以***的稳定性很差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对采用传统的时分复用结构复制脉冲时，虽然能保证幅度相同和脉冲的时间间距相等，但所产生的新脉冲偏振态会不相同，使得后续光采样调制难以正常工作的问题，提供一种偏振相同的时分复用装置及制作方法。通过n级时分复用模块级联实现将一个输入光信号分割为幅度偏振态相同延迟时间等间距的2ⁿ个光信号。

本发明采用的技术方案如下：

一种偏振态相同的时分复用装置，其特征在于包括n级时分复用模块，所述n级时分复用模块首尾依次级联，所述n-1级时分复用模块的输出端与n级时分复用模块输入端连接；所述时分复用模块包括三端口环形器、耦合器、功率调节模块、时间延迟调节模块；所述三端口环形器输入端作为时分复用模块的输入端，所述三端口环形器输出端作为时分复用模块的输出端；n大于等于1；

三端口环形器，用于将三端口环形器输入端输入的光脉冲，通过三端口环形器调节端输出至耦合器输入端；耦合器输入端输入的光脉冲通过三端口环形器调节端、三端口环形器输出端输出；所述三端口环形器输出端输出的光信号是偏振相同、功率相等、时间间隔为                                               的两路光脉冲；

耦合器，用于将三端口环形器调节端输出的光信号通过耦合器两个输出端分割为偏振相同的两路光信号，所述两路光信号分别对应通过功率调节模块、时间延迟调节模块进行调节后，通过耦合器两输出端进入耦合器输入端，然后依次通过三端口环形器调节端、三端口环形器输出端输出；

功率调节模块，用于调节通过功率调节模块的光信号功率，使其与时间延迟调节模块通过的光信号功率相等，并反射调节的光信号到耦合器一输出端；

时间延迟调节模块，用于调节通过时间延迟调节模块的光信号，使其与通过功率调节模块的光信号时间间隔分别为2^（n-1） ，并反射调节的光信号到耦合器另一输出端；

经过n级时分复用模块后，输入前的一个光信号被分割复制成了2ⁿ个光信号，同时光信号的幅度偏振态也相同。

所述时间延迟调节模块包括光纤延迟线、光纤延迟器以及第一法拉第旋转镜；

光纤延迟线，用于对输入的光信号进行粗时间延迟调节；

光纤延迟器，用于对光纤延迟线输出的光信号进行细时间延迟调节；

第一法拉第旋转镜，用于对光纤延迟器输出的进行时间延迟调节后的光信号反射到耦合器另一输出端。

所述光纤延迟线长度为，则，其中光纤的长度，为设定的光纤延迟线延迟时间，为光在真空中的传播速度，为光纤纤芯的折射率。

所述功率调节模块包括功率衰减器以及第二法拉第旋转镜；

功率衰减器，用于调节输入到衰减器光信号的功率，使得衰减器光信号的功率与通过时间延迟调节模块光信号的功率相等；

第二法拉第旋转镜，用于将功率衰减器输出的光信号反射到耦合器一输出端。

一种偏振态相同的时分复用装置制作方法包括：

步骤1：调节时间延迟调节模块；

步骤2：调节功率调节模块参数；

步骤3：将n级时分复用模块首尾依次级联，所述n-1级时分复用模块的输出端与n级时分复用模块输入端连接；所述时分复用模块包括三端口环形器、耦合器、功率调节模块、时间延迟调节模块；所述三端口环形器输入端作为时分复用模块的输入端，所述三端口环形器输出端作为时分复用模块的输出端；n大于等于1；

耦合器，用于将三端口环形器调节端输出的光信号通过耦合器两个输出端分割为偏振相同的两路光信号，所述两路光信号分别对应通过功率调节模块、时间延迟调节模块进行调节后，通过耦合器两输出端进入耦合器输入端，然后依次通过三端口环形器调节端、三端口环形器输出端输出；

功率调节模块，用于调节通过功率调节模块的光信号功率，使其与时间延迟调节模块通过的光信号功率相等，并反射调节的光信号到耦合器一输出端；

时间延迟调节模块，用于调节通过时间延迟调节模块的光信号，使其与通过功率调节模块的光信号时间间隔为2^（n-1） ，并反射调节的光信号到耦合器另一输出端。

进一步的，所述时间延迟调节模块包括光纤延迟线、光纤延迟器以及第一法拉第旋转镜；耦合器一输出端口、光纤延迟线、光纤延迟器以及第一法拉第旋转镜依次连接。

进一步的，所述功率调节模块包括功率衰减器以及第二法拉第旋转镜，耦合器另一输出端、功率衰减器以及第二法拉第旋转镜依次连接，调节功率调节模块中功率衰减器，保证时间延迟调节模块中第一法拉第旋转镜反射的光信号与功率调节模块中第二法拉第旋转镜反射的光信号幅度相同。

进一步的，所述步骤1中调节时间延迟调节模块参数其具体过程包括：

步骤11：根据计算光纤延迟线长度，其中为光纤延迟线的长度，为设定的光纤延迟线延迟时间，为光在真空中的传播速度，为光纤纤芯的折射率；

步骤12：将时分复用模块的输入端与激光器连接，将时分复用模块输出端与光电转换器输入端连接，光电转换器输出端与示波器连接；

步骤13：旋转光纤延迟器旋钮，调节并观察示波器输出的两路光信号脉冲之间的时间间隔为；所述两路光信号是时间延迟调节模块中第一法拉第旋转镜反射的光信号以及功率调节模块中第二法拉第旋转镜反射的光信号。

所述步骤11中光纤延迟线长度，所述；、分别对应为时间延迟调节模块光纤长度、功率调节模块光纤长度;

步骤111：若，即说明时间延迟调节模块的光纤长度太长或者功率调节模块的光纤长度太短，此时应切割掉部分时间延迟调节模块的光纤或者补足功率调节模块的光纤长度，但是由于补足光纤步骤比较繁琐，需要熔接光纤两次，所以通常切割掉部分时间延迟调节模块的光纤；切割长度为;

步骤112：若，即说明时间延迟调节模块的光纤长度太短或者功率调节模块的光纤长度太长；通常切割掉部分功率调节模块的光纤；切割长度为；

步骤113：采用光纤熔接机将切割开的光纤熔接在一起。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1）通过此种方式光信号经过功率调节模块光纤之后的偏振态并不发生变化，出射功率调节模块时的光信号的偏振态与入射功率调节模块时的偏振态相同。这种这结构改善使得偏振敏感的特性得以解决的原理如下：

为了简单起见，在不考虑传输损耗的情况下，假设第一级功率调节模块的传输的琼斯矩阵为

                                  （1）

,代表光纤双折射的特性，“*”表示共轭。光信号经过第二法拉第旋转镜之后沿元路径返回，但是偏振态发生90度偏转，从而使得原琼斯矩阵改变成

                                   （2）

法拉第旋转镜的琼斯矩阵为

                              （6）

则光信号从三端口环形器调节端口入射经过耦合器、功率调节模块后传输反射最终回到三端口环形器调节端口时，经过的传输矩阵为

                 （3）

可以看出光信号经过第一级的功率调节模块后，偏振态并未发生变化，同理，经过第一级的时间延迟调节模块之后光脉冲偏振态也未发生变化。而时间延迟调节模块、功率调节模块的光信号在分割时偏振态相同，所以得出光信号经过第一级之后所产生的两个新的光信号的偏振态相同。从而在三端口环形器的输出端输出了振幅和偏振态相同，时间轴（因为这两个脉冲还是在沿这光纤传播，其中一个传输的更快、一个传输的相对较慢，但我们通常习惯于将距离差换算成时间差）上延迟为设定值的两个光信号。重复使用该结构可产生时间轴上等间距的光光信号，高重复频率的光脉冲，可作为光采样***的采样时钟;

2)采用发明所示的结构制作的时分复用模块，其中所用光纤为普通单模光纤，其器件也为单模光纤所制作的器件，不需要订做保偏器件，通用性很强，正本较低。而所产生的光信号偏振态相同，适合作为光采样***的采样时钟。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为传统的光采样时分复用模块结构。

图2为发明所采用的时分复用结构。

图3为制作和调节光纤延迟线的仪器连接图。

图4是脉冲时钟的产生过程。

其中：图4中（a）表示原始周期脉冲（4ns） ；

（b） 表示经过一级的周期脉冲（2ns）；

（c）表示经过两级原始周期脉冲（1ns） ；

（d）表示经过两级之后原始周期脉冲（500ps）；

（e）表示经过两级之后原始周期脉冲（250ps）；

（f）表示经过两级之后原始周期脉冲（125ps）。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本装置构成说明：

本装置包括n级时分复用模块，每一级时分复用模块都包括三端口环形器、1×2耦合器、功率衰减器、光纤延迟线、光纤延迟器以及2个法拉第旋转镜组成。而每一级首尾相连。整个装置如图2所示。一个光信号从环形器输入端（口）进入第一级后，从三端口环形器调节端（口）输出，并被1×2耦合器分割成两个形状相同的光信号。两个光信号分别在时间延迟调节模块和功率调节模块中传输，传输到时间延迟调节模块以及功率调节模块末端时分别对应被法拉第旋转镜反射，经过耦合器合并，回到三端口环形器调节端（口）。最后经过三端口环形器所合并的光信号在三端口环形器输出端（口）输出。其中功率衰减器可调节功率使得时间延迟调节模块和功率调节模块输出的光信号功率相等，光纤延迟线起到提供粗略但较长时间延迟的功能，而光纤延迟器则可以精确调节时间延迟调节模块和功率调节模块的时间延迟。光信号经过此级之后，被分割成两个形状、幅度偏振相同的两个光信号。

光信号经过三端口环形器输入端（口）输入，在三光信号环形器调节端（口）脉冲被分割成两个光信号，两路光信号在经过设定的传输长度差的时间延迟调节模块和功率调节模块传输，时间延迟调节模块和功率调节模块末端的法拉第旋转镜，通过此种方式将光信号经过此段光纤之后的偏振态并不发生变化，出射时的脉冲光的偏振态与入射时的偏振态相同。

经过n级时分复用模块后，输入前的一个脉冲被分割复制成了2ⁿ个脉冲，脉冲之间的时间延迟为，同时脉冲的幅度偏振态也相同。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种偏振态相同的时分复用装置，其特征在于包括n级时分复用模块，所述n级时分复用模块首尾依次级联，所述n-1级时分复用模块的输出端与n级时分复用模块输入端连接；所述时分复用模块包括三端口环形器、耦合器、功率调节模块、时间延迟调节模块；所述三端口环形器输入端作为时分复用模块的输入端，所述三端口环形器输出端作为时分复用模块的输出端；n大于等于1；

三端口环形器，用于将三端口环形器输入端输入的光脉冲，通过三端口环形器调节端输出至耦合器输入端；耦合器输入端输入的光脉冲通过三端口环形器调节端、三端口环形器输出端输出；所述三端口环形器输出端输出的光信号是偏振相同、功率相等、时间间隔为                                               的两路光脉冲；

耦合器，用于将三端口环形器调节端输出的光信号通过耦合器两个输出端分割为偏振相同的两路光信号，所述两路光信号分别对应通过功率调节模块、时间延迟调节模块进行调节后，通过耦合器两输出端进入耦合器输入端，然后依次通过三端口环形器调节端、三端口环形器输出端输出；

功率调节模块，用于调节通过功率调节模块的光信号功率，使其与时间延迟调节模块通过的光信号功率相等，并反射调节的光信号到耦合器一输出端；

时间延迟调节模块，用于调节通过时间延迟调节模块的光信号，使其与通过功率调节模块的光信号时间间隔分别为2^（n-1） ，并反射调节的光信号到耦合器另一输出端；

经过n级时分复用模块后，输入前的一个光信号被分割复制成了2ⁿ个光脉冲信号，同时光脉冲信号的幅度偏振态也相同。

2.根据权利要求1所述的一种偏振态相同的时分复用装置，其特征在于所述时间延迟调节模块包括光纤延迟线、光纤延迟器以及第一法拉第旋转镜；

光纤延迟线，用于对输入的光信号进行粗时间延迟调节；

光纤延迟器，用于对光纤延迟线输出的光信号进行细时间延迟调节；

第一法拉第旋转镜，用于对光纤延迟器输出的进行时间延迟调节后的光信号反射到耦合器另一输出端。

3.根据权利要求2所述的一种偏振态相同的时分复用装置，其特征在于所述光纤延迟线长度为，则，其中光纤的长度，为设定的光纤延迟线延迟时间，为光在真空中的传播速度，为光纤纤芯的折射率。

4.根据权利要求1所述的一种偏振态相同的时分复用装置，其特征在于所述功率调节模块包括功率衰减器以及第二法拉第旋转镜；

功率衰减器，用于调节输入到衰减器光信号的功率，使得衰减器光信号的功率与通过时间延迟调节模块光信号的功率相等；

第二法拉第旋转镜，用于将功率衰减器输出的光信号反射到耦合器一输出端。

5.一种偏振态相同的时分复用装置制作方法，其特征在于包括：

步骤1：调节时间延迟调节模块；

步骤2：调节功率调节模块参数；

步骤3：将n级时分复用模块首尾依次级联，所述n-1级时分复用模块的输出端与n级时分复用模块输入端连接；所述时分复用模块包括三端口环形器、耦合器、功率调节模块、时间延迟调节模块；所述三端口环形器输入端作为时分复用模块的输入端，所述三端口环形器输出端作为时分复用模块的输出端；n大于等于1；

耦合器，用于将三端口环形器调节端输出的光信号通过耦合器两个输出端分割为偏振相同的两路光信号，所述两路光信号分别对应通过功率调节模块、时间延迟调节模块进行调节后，通过耦合器两输出端进入耦合器输入端，然后依次通过三端口环形器调节端、三端口环形器输出端输出；

功率调节模块，用于调节通过功率调节模块的光信号功率，使其与时间延迟调节模块通过的光信号功率相等，并反射调节的光信号到耦合器一输出端；

时间延迟调节模块，用于调节通过时间延迟调节模块的光信号，使其与通过功率调节模块的光信号时间间隔为，并反射调节的光信号到耦合器另一输出端。

6.根据权利要求5所述的一种偏振态相同的时分复用装置制作方法，其特征在于所述时间延迟调节模块包括光纤延迟线、光纤延迟器以及第一法拉第旋转镜；耦合器一输出端口、光纤延迟线、光纤延迟器以及第一法拉第旋转镜依次连接。

7.根据权利要求5所述的一种偏振态相同的时分复用装置制作方法，其特征在于所述功率调节模块包括功率衰减器以及第二法拉第旋转镜，耦合器另一输出端、功率衰减器以及第二法拉第旋转镜依次连接，调节功率调节模块中功率衰减器，保证时间延迟调节模块中第一法拉第旋转镜反射的光信号与功率调节模块中第二法拉第旋转镜反射的光信号幅度相同。

8.根据权利要求6所述的一种偏振态相同的时分复用装置制作方法，其特征在于所述步骤1中调节时间延迟调节模块参数其具体过程包括：

步骤11：根据计算光纤延迟线长度，其中为光纤延迟线的长度，为设定的光纤延迟线延迟时间，为光在真空中的传播速度，为光纤纤芯的折射率；

步骤12：将时分复用模块的输入端与激光器连接，将时分复用模块输出端与光电转换器输入端连接，光电转换器输出端与示波器连接；

步骤13：旋转光纤延迟器旋钮，调节并观察示波器输出的两路光信号脉冲之间的时间间隔为；所述两路光信号是时间延迟调节模块中第一法拉第旋转镜反射的光信号以及功率调节模块中第二法拉第旋转镜反射的光信号。

9.根据权利要求8所述的一种偏振态相同的时分复用装置制作方法，其特征在于所述步骤11中光纤延迟线长度，所述；、分别对应为时间延迟调节模块光纤长度、功率调节模块光纤长度;

步骤111：若，即说明时间延迟调节模块的光纤长度太长或者功率调节模块的光纤长度太短，此时应切割掉部分时间延迟调节模块的光纤或者补足功率调节模块的光纤长度，但是由于补足光纤步骤比较繁琐，需要熔接光纤两次，所以通常切割掉部分时间延迟调节模块的光纤；切割长度为;

步骤112：若，即说明时间延迟调节模块的光纤长度太短或者功率调节模块的光纤长度太长；通常切割掉部分功率调节模块的光纤；切割长度为；

步骤113：采用光纤熔接机将切割开的光纤熔接在一起。