專利名稱：光控微波波束形成網(wǎng)絡(luò)中偏振模色散的補(bǔ)償裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通訊技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微波波束形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，光真延時模塊偏振模色散補(bǔ)償、系統(tǒng)偏振穩(wěn)定性、延時精度及延時調(diào)節(jié)。

背景技術(shù)：
光控微波波束形成網(wǎng)絡(luò)是微波光子學(xué)的一個重要應(yīng)用。它是利用光波控制微波的波束形成網(wǎng)絡(luò)，即利用光器件和光波傳輸?shù)奶匦?，對微波信號進(jìn)行功率分配和相位控制，從而實(shí)現(xiàn)對微波信號空間分布的控制和掃描。而光控微波波束形成網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵模塊是光真延時網(wǎng)絡(luò)。以光真延時技術(shù)為核心的光控微波波束形成網(wǎng)絡(luò)在軍事、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
然而，由于單獨(dú)的光器件偏振現(xiàn)象不明顯，人們常常忽視光纖系統(tǒng)中的偏振現(xiàn)象。但是，在高速、高頻副載波光通信系統(tǒng)里，偏振現(xiàn)象引起的偏振模色散、偏振模損耗及其產(chǎn)生的幅度相位的抖動，成為影響光通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的性能重要原因。
目前，人們嘗試了多種方法來補(bǔ)償或消除光通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)里的偏振現(xiàn)象及其引起的偏振模色散。但單獨(dú)就補(bǔ)償光控波束形成網(wǎng)絡(luò)中的偏振模色散鮮有報(bào)道。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述技術(shù)問題，提出一種簡單、有效，適用于光控波束形成網(wǎng)絡(luò)中延時模塊偏振模色散的補(bǔ)償技術(shù)，減少光控波束形成網(wǎng)絡(luò)中由于偏振效應(yīng)引起的微波幅度、相位的抖動。
本發(fā)明所述的微波波束形成網(wǎng)絡(luò)光中偏振模色散補(bǔ)償裝置，其特征在于含有環(huán)形器，延時模塊和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，其中 環(huán)形器，輸入是已調(diào)制了信號的輸入光， 延時模塊，輸入是所述環(huán)形器輸出的線偏振光

相位角為

輸出是光信號如下的電場

實(shí)現(xiàn)了偏振模色散影響的延時，其中

J1為某一瓊斯矩陣，φ為延時角 90度法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，輸入是所述延時模塊輸出的所述電場

其處理步驟如下 步驟(1)，形成發(fā)射后的電場


其中，J2為某二瓊斯矩陣， 步驟(2)，再把所述電場

反向輸入到所述延時模塊，產(chǎn)生端電場

實(shí)現(xiàn)輸入光信號的偏振模色散補(bǔ)償，
本發(fā)明所述的微波波束形成網(wǎng)絡(luò)光延時模塊偏振模色散補(bǔ)償方法其特征在于，依以含有以下步驟 步驟(1)，調(diào)制了信號的輸入光通過環(huán)形器進(jìn)入瓊斯矩陣為的延時模塊，實(shí)現(xiàn)了偏振模色散影響的延時，所述輸入光是線偏振光

分解為兩個正交分量分別為Ex(0)和Ey(0)，其中，
步驟(2)，經(jīng)過延時模塊延時后，形成光信號如下的電場
步驟(3)，延時模塊輸出的經(jīng)過延時后的信號光輸入到了一個瓊斯矩陣為的90度法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，形成反射后的電場
步驟(4)，90度法拉第旋轉(zhuǎn)反射后的電場

再經(jīng)過延時模塊，產(chǎn)生的端電場為

至此信號光完成了偏振模色散補(bǔ)償，所述

表示為
步驟(5)，步驟(4)中所述完成了偏振模色散補(bǔ)償?shù)男盘柟膺M(jìn)入光鏈路后，經(jīng)過檢偏器后得到一下電場強(qiáng)度為

其中θ為檢偏器與x軸成角。
為了驗(yàn)證偏振模色散補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，我們利用調(diào)制的寬譜光源作為信號光，這樣可以得到各個波長下，偏振模色散補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果。偏振模色散的測量可以利用傳統(tǒng)的光譜干涉的方法， 方案中，寬譜光源為兩個級聯(lián)的參鉺光纖放大器(EDFA)，第一個EDFA提供自由輻射(ASE)譜，第二個EDFA做放大用，二者作為寬譜光源；起偏器使得入射的寬譜光源為線偏振光，經(jīng)過色散器件，x，y軸的相位延時不一樣，再經(jīng)過檢偏器，在光譜儀上就能看到因?yàn)槠衲Ｉ⒍缮娴膶捵V光源，利用公式 可以得到補(bǔ)償后的偏振模色散；作為比較，加入補(bǔ)償裝置，同樣的到干涉條紋，如圖3(b)。觀察可知，補(bǔ)償后沒有明顯的干涉條紋，說明補(bǔ)償是有效的。利用干涉最大或最小時的各個波長，通過計(jì)算可以得到?jīng)]有補(bǔ)償?shù)钠衲Ｉ⑶€，在1550nm附近偏振模色散為16.1ps，在1560nm附近會更大，為25.1ps；偏振模補(bǔ)償后，利用干涉條紋間距的方法已經(jīng)得不到偏振模色散的大小了。我們可以估算補(bǔ)償后最大的偏振模色散，假定干涉最小的條紋分別在寬譜光源的下邊(1530nm)和上邊(1560nm)，得到補(bǔ)償后最大的偏振模為0.164ps。



圖1偏振模色散補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置圖。
圖2偏振模色散補(bǔ)償系統(tǒng)各處光信號的偏振狀態(tài)和延時狀態(tài)。
(a)A、B處信號，(b)C處信號，(c)D處信號，(d)E、F處信號。
圖3偏振模色散補(bǔ)償方法圖。
圖4偏振模色散測量系統(tǒng)圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提供一種利用法拉第旋鏡補(bǔ)償光控波束形成網(wǎng)絡(luò)中延時模塊的偏振模色散的實(shí)驗(yàn)裝置，包括90度法拉第旋鏡和環(huán)行器，如圖1，所示 光控波束形成網(wǎng)絡(luò)延時模塊的偏振模補(bǔ)償利用90度法拉第旋轉(zhuǎn)鏡； 環(huán)行器連接光延時模塊和光鏈路，環(huán)行器及法拉第旋鏡反射實(shí)現(xiàn)光線的反向傳播。
本發(fā)明提供一種利用法拉第旋鏡補(bǔ)償光控波束形成網(wǎng)絡(luò)中延時模塊的偏振模色散的方法，如圖2、3，所示，包括以下步驟 調(diào)制了信號的輸入光通過環(huán)形器進(jìn)入延時模塊，在延時模塊中實(shí)現(xiàn)延時，并經(jīng)歷了偏振模色散的影響；信號光的偏振狀態(tài)和延時狀態(tài)如圖2(a)，信號光經(jīng)過延時模塊后的偏振狀態(tài)和延時狀態(tài)如圖2(b)； 信號光經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)鏡后，具有偏振模色散的延時模塊的快軸和慢軸(x，y軸)的分量相應(yīng)地變?yōu)槁S和快軸(y，x軸)的分量；信號光經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)鏡后的偏振狀態(tài)和延時狀態(tài)如圖2(c)； 當(dāng)信號光再次經(jīng)過延時模塊時，x，y軸分量經(jīng)歷了與入射時不同的延時，使得總體上二者經(jīng)歷了同樣的延時，達(dá)到了偏振模色散的補(bǔ)償。補(bǔ)償后信號光的偏振狀態(tài)和延時狀態(tài)如圖2(d)； 信號光再通過環(huán)形器返回光鏈路當(dāng)中，至此，既實(shí)現(xiàn)了延時，又對偏振模色散進(jìn)行了補(bǔ)償。
在本申請?zhí)岢龅姆桨钢?，整個微波波束形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，偏振模色散的補(bǔ)償沒有用到昂貴笨重的監(jiān)測設(shè)備，避免了高頻信號發(fā)生器、高頻寬帶混頻器、高頻寬帶合路器、濾波器等毫米波電器件的使用，結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低廉。
本發(fā)明提供利用法拉第旋鏡補(bǔ)償光控波束形成網(wǎng)絡(luò)中延時模塊的偏振模色散的原理，如圖2、3 利用瓊斯矩陣，延時模塊的瓊斯矩陣為 為了檢驗(yàn)C波段各個波長偏振模色散的補(bǔ)償效果，我們采用光譜光作為光源。寬譜光源經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制后，進(jìn)入調(diào)制器中集成的起偏器，信號光成為線偏光；之后入射到延時模塊，線偏光

分解為兩個正交分量，分別為Ex(0)和Ey(0)，其中
經(jīng)過延時模塊傳輸后，端電場為
經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)鏡后，各偏振態(tài)會改變，理想的法拉第旋鏡的瓊斯矩陣為 則反射后的電場為
再經(jīng)過延時模塊，電場為
到這里，信號光完成了偏振模色散補(bǔ)償。通過環(huán)形器，信號光進(jìn)入光鏈路中，經(jīng)過檢偏器后電場強(qiáng)度為
實(shí)現(xiàn)了偏振模色散的補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1.光控微波波束形成網(wǎng)絡(luò)中偏振模色散的補(bǔ)償裝置，其特征在于，含有，環(huán)形器，延時模塊和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，其中
環(huán)形器，輸入是已調(diào)制了信號的輸入光，
延時模塊，輸入是所述環(huán)形器輸出的線偏振光
相位角為
輸出是光信號如下的電場
實(shí)現(xiàn)了偏振模色散影響的延時，其中
J1為某一瓊斯矩陣，φ為延時角90度法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，輸入是所述延時模塊輸出的所述電場
其處理步驟如下
步驟(1)，形成發(fā)射后的電場
其中，J2為某二瓊斯矩陣，
步驟(2)，再把所述電場
反向輸入到所述延時模塊，產(chǎn)生端電場
實(shí)現(xiàn)輸入光信號的偏振模色散補(bǔ)償，
2.光控微波波束形成網(wǎng)絡(luò)中偏振模色散的補(bǔ)償方法，其特征在于，一次含有一下步驟
步驟(1)，調(diào)制了信號的輸入光通過環(huán)形器進(jìn)入瓊斯矩陣為的延時模塊，所述輸入光是線偏振光
分解為兩個正交分量分別為Ex(0)和Ey(0)，其中，
步驟(2)，經(jīng)過所述延時模塊延時后，形成光信號如下的電場
實(shí)現(xiàn)了偏振模色散影響的延時；
步驟(3)，所述延時模塊輸出的經(jīng)過延時后的信號光輸入到了一個瓊斯矩陣為的90度法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，形成反射后的電場
步驟(4)，90度法拉第旋轉(zhuǎn)反射后的電場
再經(jīng)過所述延時模塊，產(chǎn)生的端電場為
至此信號光完成了偏振模色散補(bǔ)償，所述
表示為
步驟(5)，步驟(4)中所述完成了偏振模色散補(bǔ)償?shù)男盘柟膺M(jìn)入光鏈路后，經(jīng)過檢偏器后得到的電場強(qiáng)度為
其中θ為檢偏器與x軸夾角。
全文摘要
光控微波波束形成網(wǎng)絡(luò)中偏振模色散的補(bǔ)償裝置及方法，屬于偏振模色散補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，所述補(bǔ)償裝置里含有環(huán)形器，輸入調(diào)制了信號的輸入光，延時模塊，利用瓊斯矩陣原理，把環(huán)形器輸入的線偏光實(shí)現(xiàn)帶有偏振模色散影響的延時；90度法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，利用瓊斯矩陣對從延時模塊輸入的信號光形成反射電場，向所述延時模塊反向傳播后實(shí)現(xiàn)了偏振模色散補(bǔ)償，進(jìn)入光鏈路后，經(jīng)過檢偏器后輸出，同時把相應(yīng)的偏振模色散補(bǔ)償。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H04B10/18GK101350678SQ20081011966
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者鄭小平, 遙 李, 宋怡橋, 周炳琨 申請人:清華大學(xué)