4×10Gbit/s 光時(shí)分復(fù)用器偏振敏感性的實(shí)驗(yàn)研究

趙晶 蔡立波 李唐軍
(北京交通大學(xué)光波技術(shù)研究所，北京100044)

摘要：本文利用1×4光纖耦合器制成了4×10GHz光時(shí)分復(fù)用器，并對(duì)該復(fù)用器的偏振敏感性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明由于光纖耦合器的耦合比隨偏振態(tài)的變化而變化，從而導(dǎo)致光時(shí)分復(fù)用器的輸出光功率隨機(jī)波動(dòng)。
關(guān)鍵詞：光時(shí)分復(fù)用  偏振態(tài)  光纖耦合器

Experimental Investigation in Polarization Sensitivity of 4×10Gbit/s OTDM

Zhao Jing  Cai Li-bo  Li Tang-jun
(Institute of light wave technology, Beijing Jiaotong university, Beijing 100044, China)

Abstract: In this paper, 4×10GHz optical time division multiplexer was fabricated by two 1:4 optical fiber couplers, and the polarization sensitivity of this multiplexer waw analysed experimentally. The experimental results revealed that the coupling ratio of optical fiber couplers changed with the changes of polarization state, so the output power of multiplexer fluctuated.

Key words: Optical time division multiplex (OTDM)  Polarization state  Optical fiber coupler
 
1 引言
隨著人們對(duì)各種信息需求的日益增長(zhǎng)，出現(xiàn)了各種提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的技術(shù)。其中，OTDM由于克服了電時(shí)分復(fù)用中電子瓶頸的問題[1]而成為近年來發(fā)展的熱點(diǎn)之一。OTDM在一根光纖上只傳輸一個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)，它首先要求光脈沖必須是RZ碼，各路光信號(hào)通過占用不同時(shí)隙復(fù)用成一路，即在一路光脈沖之間插入幾路相對(duì)于第一路具有不同時(shí)延的光脈沖，以提高單根光纖的傳輸速率。OTDM信號(hào)性能的優(yōu)劣將直接影響到整個(gè)OTDM系統(tǒng)性能及解復(fù)用端的難易程度。影響OTDM信號(hào)性能的因素有很多，如輸入光脈沖寬度、溫度、應(yīng)力等。另外，制作光時(shí)分復(fù)用器的光纖耦合器的偏振敏感性也影響了OTDM信號(hào)的性能。

2  4×10Gbit/s光時(shí)分復(fù)用信號(hào)的產(chǎn)生
在這里，我們采用了一種原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的制作方法[2]制作出了4×10Gbit/s的光時(shí)分復(fù)用器。

首先，1×4光纖耦合器將光脈沖源產(chǎn)生的10Gbit/s的光信號(hào)分為四路，四路信號(hào)分別通過不同的時(shí)延后再由一個(gè)1×4的光纖耦合器合為一路。這就可以產(chǎn)生4×10Gbit/s的光時(shí)分復(fù)用信號(hào)（注意這里的光脈沖源產(chǎn)生的10Gbit/s的光信號(hào)必須為RZ碼）。

上面所用到的1×4的光纖耦合器是由三個(gè)2×2的光纖耦合器連接而成的,2×2的光纖耦合器是采用普通單模光纖熔融拉椎法制作而成。

此種光時(shí)分復(fù)用器的制作難點(diǎn)在于精確控制時(shí)延差，使每路光脈沖之間相隔25ps（40Gbit/s）。具體做法如下：選取第一路信號(hào)作為參考，其余三路與第一路產(chǎn)生△Ti的時(shí)延差。其中

其中C為光在真空中的傳輸速度，n為光纖芯區(qū)的折射率。根據(jù)上式，對(duì)于1ps的時(shí)延差光纖長(zhǎng)度差約為0.2mm左右，因此對(duì)切割精度有極高的要求。

頻率合成器hp83711B產(chǎn)生10GHz的RF信號(hào)，通過電放大器(2-12GHz)后輸入光脈沖源(由北郵制作),此時(shí)光脈沖寬度為60ps。由于激光器調(diào)制的脈沖存在有啁啾，所以脈沖寬度較寬。因此我們采用了一段DCF對(duì)光脈沖進(jìn)行壓縮。壓縮后的光脈沖寬度為15ps。在DCF之后加入了一級(jí)光放大，這是由于DCF有較大的插入損耗。放大的光信號(hào)通過光時(shí)分復(fù)用器后產(chǎn)生了40G的光信號(hào)，在通過一級(jí)放大之后接入到了示波器，示波器采用Agilent 86100B。示波器產(chǎn)生的波形如圖所示：

由示波器觀察可得到，各路光脈沖的幅度并不是處于穩(wěn)定的狀態(tài)，而是時(shí)刻無規(guī)則地起伏，尤其當(dāng)晃動(dòng)光時(shí)分復(fù)用器輸入端光纖時(shí)，脈沖波動(dòng)更加顯著。

3  光纖耦合器偏振敏感性的研究

測(cè)量光纖耦合器偏振敏感性的裝置[2]如圖七所示，激光器輸出的光經(jīng)過偏振控制器后輸入到光纖耦合器，通過旋轉(zhuǎn)偏振控制器可以得到不同偏振方向的線偏振光，耦合器兩輸出臂各接一光功率計(jì)，可以測(cè)出對(duì)應(yīng)于不同偏振方向耦合器的耦合比變化。測(cè)量結(jié)果如下表所示：

4  結(jié)果與討論

由上面的測(cè)量結(jié)果可以看出：光纖耦合器的耦合比隨著輸入光偏振方向的變化而變化，最大為1.10，最小為1.02。

由于光時(shí)分復(fù)用器是由兩個(gè)1:4光纖耦合器制成，因此，光纖耦合器的性能很大程度上影響了復(fù)用器的性能。光源輸出線偏振光，經(jīng)過一段普通單模光纖后輸入到時(shí)分復(fù)用器，輸入光信號(hào)的偏振方向是隨機(jī)變化的，這就引起了光纖耦合器的耦合比隨機(jī)變化，從而導(dǎo)致光時(shí)分復(fù)用器具有偏振敏感特性。為了降低光時(shí)分復(fù)用器的偏振敏感性，可以采用如下方案：
在第一個(gè)光纖耦合器輸入端加一個(gè)偏振控制器，以保證輸入光的偏振方向始終保持一致；盡量減小兩光纖耦合器之間光纖的長(zhǎng)度，以防止輸入到第二個(gè)耦合器光的偏振態(tài)發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)證明這種方法可以有效地抑制由于光時(shí)分復(fù)用器偏振敏感而引起復(fù)用信號(hào)幅度抖動(dòng)的問題。

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作者簡(jiǎn)介：
趙晶（1981-）女，北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院碩士研究生，現(xiàn)從事偏振模色散補(bǔ)償及OTDM器件的研究。