DE19712768A1

DE19712768A1 - Gerät und Verfahren zum Messen einer Polarisationsmodendispersion

Info

Publication number: DE19712768A1
Application number: DE19712768A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ozeki; Hiroshi Mori
Original assignee: Advantest Corp; Ozeki Takeshi
Current assignee: Advantest Corp; Ozeki Takeshi
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1997-11-06
Also published as: JP3131144B2; JPH09264814A; US5717489A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und ein Gerät zum Messen der Polarisationsmodendispersion optischer Fasern zur Verwendung bei einer optischen Kommunikation.

2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik

Bei einer optischen Kommunikation werden Polarisationsebenen dazu verwendet, mehrere Werte zum Erhöhen von Informations mengen oder -inhalten optischer Signale bereitzustellen. Folglich ist es nötig, optische Fasern mit identischen Pola risationsmoden zu verwenden, und daher die Polarisationsmo dendispersion für jede Wellenleiterfrequenz zu messen.

Die durch Stokes-Parameter definierte Polarisationsmodendis persion ist für eine derartige Messung verwendet worden. Die Stokes-Parameter enthalten vier Parameter zum Ausdrücken der Polarisationszustände einschließlich des Polarisationsgrades.

Wenn orthogonale x- und y-Komponenten elliptisch polarisier ten Lichts

Ex = Axcos (ωt - Δx)
Ey = Aycos (ωt - Δy)
Δy - Δx = Δ

sind, dann werden die jeweiligen Parameter S₀², S₁, S₂ und S₃ folgendermaßen ausgedrückt:

S₀ = Ax² + Ay²
S₁ = Ax² - Ay²
S₂ = 2AxAycosΔ
S₃ = 2AXAysinΔ.

Für perfekt polarisiertes Licht gilt S₀² = S₁² = S₂² = S₂³. Da S₀ ein Parameter zum Ausdrücken der Lichtintensität ist, ist die Polarisationsmodendispersion durch folgende Ausdrücke gege ben:

Fig. 2 zeigt ein herkömmliches Polarisationsmeßgerät zum Mes sen der Polarisationsmodendispersion durch die Stokes-Parameter.

Das Meßgerät besteht aus einer Lichtquelle 201 variabler Wel lenlänge, einem optischen Koppler 202, einem Polarisator 203 vom Fasertyp, einer zu messenden optischen Faser 204, einem Stokes-Analysator 205, einem A/D-Wandler 206, einem Wellen längenmeßgerät 207 und einer Steuereinheit 208.

Die Lichtquelle 201 variabler Wellenlänge stellt die Wellen länge des Ausgangslichtes in Antwort auf ein Steuersignal von der Steuereinheit 208 ein. Der optische Koppler 202 teilt das Licht von der Lichtquelle 201 in zwei (Strahlen); wobei einer zum Polarisator 203 vom Fasertyp geführt wird und der andere zum Wellenlängenmeßgerät 207. Das im Polarisator 203 linear polarisierte Licht tritt über die optische Faser 204 in den Stokes-Analysator 205 ein. Der Stokes-Analysator 205 enthält optische Meßelemente, wie beispielsweise Lichtdetektoren und Empfänger, um die Stokes-Parameter S₀-S₃ zu bestimmen. Die Stokes-Parameter S₀-S₃ werden dann im A/D-Wandler 206 digita lisiert und zur Steuereinheit 208 geführt. Ein Signal, das die Wellenlänge des Meßlichtes anzeigt, wird vom Wellenlän genmeßgerät 207 ebenso zur Steuereinheit 208 geführt, um die Polarisationsmodendispersion für die Wellenlänge des Lichtes von der Lichtquelle 201 variabler Wellenlänge durch die obi gen Ausdrücke (1)-(3) und die eingegebenen Stokes-Parameter S₁-S₃ zu bestimmen. Dann ändert die Steuereinheit 208 die Wellenlänge des Lichtes von der Lichtquelle 201 zum Wiederho len der obigen Operationen.

Bei dem obigen herkömmlichen Verfahren zum Messen der Polari sationsmodendispersion werden die Stokes-Parameter S₁-S₃ zum Definieren der Polarisationsmodendispersion durch die Aus drücke (1)-(3) verwendet. Wenn sich der Stokes-Parameter S₁±1 nähert, divergiert S₁, so daß es unmöglich ist, die Pola risationsmodendispersion für den zu messenden Gegenstand zu bestimmen, dessen Stokes-Parameter S₁ nahe ±1 ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zum Messen der Polarisationsmodendispersion zu schaffen, und ein Verfahren, das eine breite Vielzahl von Objekten messen kann.

Gemäß der Erfindung ist ein Gerät zum Messen der Polarisati onsmodendispersion geschaffen, das folgendes enthält: eine Lichtquelle variabler Wellenlänge zum Bereitstellen von Licht einer Vielzahl von Wellenlängen; einen Lichtintensitätsmodu lator, der optisch an die Lichtquelle angeschlossen ist, um Licht mit modulierter Intensität bereitzustellen; eine Pola risationssteuerung, die optisch an den Lichtintensitätsmodu lator angeschlossen ist, um Licht einer gesteuerten Polarisa tion bereitzustellen; einen Strahlteiler, der optisch an die Polarisationssteuerung angeschlossen ist, um Strahlen von p- und s-Polarisationskomponenten bereitzustellen; eine O/E-Um wandlungseinheit, die optisch an den Strahlteiler angeschlos sen ist, um elektrische Signale in bezug auf Strahlen der p- und s-Polarisationskomponenten bereitzustellen; und eine Ana lysiereinheit zum Steuern des Lichtintensitätsmodulators, um eine Sinuswelle einer vorbestimmten Frequenz und einer vorbe stimmten Intensität bereitzustellen, und der Lichtquelle und der Polarisationssteuerung, um Parameter einer Jones-Matrix aus den elektrischen Signalen zu bestimmen und eine durch die Parameter definierte Polarisationsmodendispersion, um dadurch eine Polarisationsmodendispersion eines zwischen der Polari sationssteuerung und dem Strahlteiler angeordneten Objekts zu messen.

Die Analysiereinheit enthält einen Netzwerkanalysator zum Steuern des Lichtintensitätsmodulators, um eine Intensität des Lichtes von der Lichtquelle zu modulieren, und zum Be stimmen von Parametern einer Jones-Matrix aus den elektri schen Signalen von der O/E-Umwandlungseinheit, und eine Steu ereinheit zum Steuern der Lichtquelle und der Polarisations steuerung, um die durch Parameter definierte Polarisationsmo dendispersion zu bestimmen.

Die Steuereinheit tastet die Vielzahl von Wellenlängen des Lichtes von der Lichtquelle zur Messung ab und läßt zu, daß für jede der abgetasteten Wellenlängen eine linear polari sierte Welle des Lichtes von der Polarisationssteuerung, die mit einer p-Richtung des Strahlteilers ausgerichtet ist, in das Objekt eintritt, und dreht dann das Licht von der Polari sationssteuerung um 90° und läßt zu, daß eine linear polari sierte Welle, die mit einer s-Richtung des Strahlteilers aus gerichtet ist, in das Objekt eintritt.

Die Analysiereinheit korrigiert Messungen des zwischen der Polarisationssteuerung und dem polarisierten Strahlteiler an geordneten Objekts basierend auf Anfangsmessungen, die im voraus durchgeführt werden, ohne daß ein Objekt zwischen der Polarisationssteuerung und dem polarisierten Strahlteiler an geordnet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen einer Polarisationsmodendispersion durch Führen einer linear polarisierten Licht-Sinuswelle einer vorbestimm ten Lichtintensität und Frequenz über ein Objekt zu einem po larisierten Strahlteiler geschaffen, um eine Polarisationsmo dendispersion des Objekts aus p- und s-Polarisationskompo nenten vom polarisierten Strahlteiler zu messen, wobei das Verfahren den Schritt zum Abtasten von Wellenlängen enthält, um Parameter einer Jones-Matrix und eine durch die Parameter definierte Polarisationsmodendispersion zu bestimmen.

Das Verfahren enthält weiterhin einen Schritt zum Bestimmen von Anfangsmessungen ohne ein Objekt, um Messungen mit einem Objekt basierend auf den Anfangsmessungen zu korrigieren.

Gemäß der Erfindung wird eine Jones-Matrix zum Ausdrücken von Eigenschaften von Polarisationselementen dazu verwendet, eine Polarisationsmodendispersion zu definieren, um die Tatsache zu vermeiden, daß die Verwendung von Stokes-Parametern zum Definieren einer Polarisationsmodendispersion es unmöglich macht, eine Polarisationsmodendispersion zu messen.

Die Frequenzabhängigkeit einer Phasenänderung und einer Amplitude von Matrixelementen einer Übertragungsfunktionsma trix [T] einer optischen Faser wird durch die Jones-Matrix folgendermaßen definiert:

wobei |T_ÿ| und Φ_ÿ jeweils die Amplituden- und die Phasenän derung jedes Matrixelements und Funktionen der Lichtfrequenz ω sind.

Die Polarisationsmodendispersion τ_PMD ist folgendermaßen defi niert:

wobei θ der Polarisationswinkel ist, Ψ₁, die Phasenänderung in einer Richtung in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Lichtausbreitung ist, und Ψ₂ die Phasenänderung in einer Richtung senkrecht zu Ψ₁ ist.

Jeder Parameter des Ausdrucks (5) wird durch den Ausdruck (4) folgendermaßen bestimmt:

θ(ω) = a COS (|T₁₁|² - |T₂₁|²) (6)

Ψ₁(ω) = (Φ₁₁ - Φ₂₂)/2, Ψ₂(ω) = (Φ₂₁ - Φ₁₂ + π)/2 (7)

Demgemäß ist es durch Messen jeder Komponente des Ausdrucks (4) möglich, die Polarisationsmodendispersion τ_PMD durch den Ausdruck (5) zu bestimmen.

Gemäß der Erfindung werden phasenverschobene und gleichphasi ge Komponenten zweier orthogonaler Komponenten einer Pha senänderung im Ausdruck (7) folgendermaßen definiert:

Φ(ω) = (Φ₁(ω) - Φ₂(ω))/2 (8)

Ψ(ω) = (Ψ₁(ω) - Ψ₂(ω))/2 (9)

Taylorentwicklungen für θ(ω), Φ(ω) und Ψ(ω) sind folgender maßen gegeben:

Die Polarisationsmodendispersion τ_PMD, die durch den Ausdruck (5) gegeben ist, wird durch die Ausdrücke (10), (11) und (12) folgendermaßen modifiziert:

Somit hat die in der Erfindung definierte Polarisationsmoden dispersion τ_PMD drei Parameter {θ, Φ, Ψ}.

Die gemäß dem Stand der Technik durch Stokes-Parameter defi nierte Polarisationsmodendispersion wird folgendermaßen aus gedrückt:

und hat nur zwei Parameter {θ, Φ}. Da es keine gleichphasige Komponente Ψ gibt, divergiert sie dann, wenn der Stokes-Parameter S₁ nahe ±1 ist. Im Gegensatz dazu werden bei der Erfindung zum Bestimmen einer Polarisationsmodendispersion drei Parameter {θ, Φ, Ψ} gemessen, so daß es möglich ist, die Unfähigkeit zu vermeiden, eine Polarisationsmodendispersion τ_PMD zu messen, wie beim Stand der Technik, und den Bereich zu messender Objekte zu erweitern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Polarisationsmodendis persions-Meßgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Polarisa tionsmodendispersions-Meßgeräts.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

In Fig. 1 enthält das Polarisationszustands- oder Moden-Meßgerät eine Lichtquelle 101 variabler Wellenlänge, einen Lichtintensitätsmodulator 102, eine Polarisationssteuerung 103, eine zu messende optische Faser 104, einen polarisierten Strahlteiler 105, einen O/E-Wandler 106₁ und 106₂, einen Netzwerkanalysator 107, einen Verstärker 108 und eine Steuer einheit 109 zum Zusammenarbeiten mit dem Netzwerkanalysator 107, um eine Analysiereinheit zu bilden.

Der Lichtintensitätsmodulator 102 moduliert die Intensität des Lichtes von der Lichtquelle 101, so daß das Licht eine Sinuswelle mit einer Intensität von etwa einigen GHz und ei ner festen Frequenz von fm hat, und führt es zur Polarisati onssteuerung 103. Die Polarisationssteuerung 103 steuert die Polarisation des eingegebenen Lichtes und das ausgegebene Licht tritt über die optische Faser 104 in den polarisierten Strahlteiler 105 ein. Die s- und p-Polarisationskomponenten vom Strahlteiler 105 werden jeweils im O/E-Wandler 106₁ und 106₂ in elektrische Signale umgewandelt und zum Netzwerkana lysator 107 geführt. Der Netzwerkanalysator 107 bestimmt die Polarisationsmodendispersion τ_PMD aus den eingegebenen Werten und steuert das Intensitätsmodulationsverhältnis im Intensi tätsmodulator 102 über den Verstärker 108. Die Steuereinheit 109 antwortet auf die Operationszustände des Netzwerkanalysa tors 107, um die Ausgangswellenlänge der Lichtquelle 101 und die Polarisationszustände in der Polarisationssteuerung 103 zu steuern.

Zum Bestimmen der genauen Polarisationsmodendispersion τ_PMD speichert der Netzwerkanalysator 107 Werte der s- und p-Polarisationskomponenten für jeweilige Wellenlängen des Lich tes aus der Lichtquelle 101, die nicht durch die optische Fa ser 104 gehen. Basierend auf diesen gespeicherten Werten kor rigiert er die Ausgangswerte der O/E-Wandler 106₁ und 106₂, um die Genauigkeit der Messungen der Polarisationsmodendis persion τ_PMD zu erhöhen.

Bei einer Operation veranlaßt die Steuereinheit 109 bei einer Messung, daß das Ausgangslicht der Polarisationssteuerung 103 der linearen Polarisation mit der p-Richtung des polarisier ten Strahlteilers 105 ausgerichtet ist, und läßt zu, daß es in die optische Faser 104 eintritt. Das Ausgangslicht der op tischen Faser 104 ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

Das Ausgangslicht wird durch den Strahlteiler 105 in die s- und p-Polarisationskomponenten geteilt und zu den O/E-Wandlern 106₁ und 106₂ geführt, um

|T₁₁|e^-j ^Φ¹¹, |T₂₁|e^-j ^Φ²¹

zu bestimmen.

Dann dreht die Steuereinheit 109 das Ausgangslicht der Pola risationssteuerung 103 um 90°, um eine linear polarisierte Welle zu erzeugen, die mit der s-Richtung des Strahlteilers 105 ausgerichtet ist, und läßt zu, daß es in die optische Fa ser 104 eintritt. Das Ausgangslicht der optischen Faser 104 ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

Die obigen ausgegebenen Strahlen werden durch den Strahltei ler 105 jeweils in die s- und p-Polarisationskomponenten ge trennt und zu den O/E-Wandlern 106₁ und 106₂ geführt, um

|T₁₂|e^-j ^Φ¹², |T₂₂|e^-j ^Φ²²

zu bestimmen.

Der Netzwerkanalysator 107 bestimmt θ, Ψ₁, Ψ₂ durch die ge messenen Parameter und die Ausdrücke (6) und (7).

Die Messung wird durch Abtasten der Ausgangswellenlänge der Lichtquelle 101 wiederholt, um θ(ω), Ψ₁(ω) und Ψ₂(ω) aus den jeweiligen Messungen zu bestimmen, und die Steuereinheit 109 bestimmt die Polarisationsmodendispersion τ_PMD durch den Aus druck (5).

Alternativ dazu können die O/E-Wandler, die für die p- und s-Polarisationskomponenten vorgesehen sind, durch einen einzi gen O/E-Wandler ersetzt werden, zu dem die jeweiligen Polari sationskomponenten geführt werden.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, alle Parameterwerte zu messen und den Bereich von zu messenden Objekten zu erweitern und die Genauigkeit der Messungen zu erhöhen.

Claims

1. Polarisationsmoden-Dispersions-Meßgerät, das folgendes aufweist:
eine Lichtquelle (101) variabler Wellenlänge zum Be reitstellen von Licht einer Vielzahl von Wellenlängen;
einen Lichtintensitätsmodulator (102), der optisch an die Lichtquelle angeschlossen ist, zum Bereitstellen von Licht mit modulierter Intensität;
eine Polarisationssteuerung (103), die optisch an den Lichtintensitätsmodulator angeschlossen ist, zum Bereit stellen von Licht mit gesteuerter Polarisation;
einen Strahlteiler (105), der optisch an die Polarisa tionssteuerung angeschlossen ist, zum Bereitstellen von Strahlen aus p- und s-Polarisationskomponenten;
eine O/E-Umwandlungseinrichtung (106₁, 106₂), die op tisch an den Strahlteiler angeschlossen ist, zum Bereit stellen elektrischer Signale in bezug auf die Strahlen der p- und s-Polarisationskomponenten; und
eine Analysiereinrichtung (107) zum Steuern nicht nur des Lichtintensitätsmodulators zum Bereitstellen einer Sinuswelle einer vorbestimmten Frequenz und einer vorbe stimmten Intensität, sondern auch der Lichtquelle und der Polarisationssteuerung zum Bestimmen von Parametern einer Jones-Matrix aus den elektrischen Signalen und einer durch die Parameter definierten Polarisationsmodendisper sion, um dadurch eine Polarisationsmodendispersion eines zwischen der Polarisationssteuerung und dem Strahlteiler angeordneten Objekts (104) zu messen.

2. Polarisationsmodendispersions-Meßgerät nach Anspruch 1, wobei die Analysiereinrichtung (107, 109) folgendes auf weist:
einen Netzwerkanalysator (107) zum Steuern des Licht intensitätsmodulators zum Modulieren der Intensität des Lichtes von der Lichtquelle und zum Bestimmen von Parame tern einer Jones-Matrix aus den elektrischen Signalen von der O/E-Umwandlungseinrichtung (106₁, 106₂), und
eine Steuereinheit (109) zum Steuern der Lichtquelle (101) und der Polarisationssteuerung (103) zum Bestimmen der durch die Parameter definierten Polarisationsmoden dispersion.

3. Polarisationsmodendispersions-Meßgerät nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (109) die Vielzahl von Wellenlän gen des Lichtes von der Lichtquelle (101) zur Messung ab tastet und für jede der abgetasteten Wellenlängen zuläßt, daß eine linear polarisierte Welle des Lichtes von der Polarisationssteuerung (103), die mit einer p-Richtung des Strahlteilers (105) ausgerichtet ist, in das Objekt (104) eintritt, und dann das Licht von der Polarisations steuerung um 90° dreht und zuläßt, daß eine linear pola risierte Welle, die mit einer s-Richtung des Strahltei lers ausgerichtet ist, in das Objekt eintritt.

4. Polarisationsmodendispersions-Meßgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Analysiereinrichtung (107, 109) Messun gen des zwischen der Polarisationssteuerung (103) und dem polarisierten Strahlteiler (105) angeordneten Objekts (104) basierend auf Anfangsmessungen korrigiert, die im voraus durchgeführt werden, ohne daß ein Objekt zwischen der Polarisationssteuerung und dem polarisierten Strahl teiler angeordnet ist.

5. Verfahren zum Messen einer Polarisationsmodendispersion durch Führen einer linear polarisierten Licht-Sinuswelle vorbestimmter Lichtintensität und Frequenz über ein Ob jekt (104) zu einem polarisierten Strahlteiler (105), um eine Polarisationsmodendispersion des Objekts aus p- und s-Polarisationskomponenten vom polarisierten Strahlteiler zu messen, wobei das Verfahren folgende Schritte auf weist:
Abtasten von Wellenlängen, um Parameter einer Jones-Matrix und einer durch die Parameter definierten Polari sationsmodendispersion zu bestimmen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin den Schritt zum Bestimmen von Anfangsmessungen ohne Objekt (104) zum Kor rigieren von Messungen mit einem Objekt basierend auf den Anfangsmessungen aufweist.