4×10Gbit/s 光时分复用器偏振敏感性的实验研究

赵晶 蔡立波 李唐军
(北京交通大学光波技术研究所，北京100044)

摘要：本文利用1×4光纤耦合器制成了4×10GHz光时分复用器，并对该复用器的偏振敏感性进行了实验研究。实验表明由于光纤耦合器的耦合比随偏振态的变化而变化，从而导致光时分复用器的输出光功率随机波动。
关键词：光时分复用  偏振态  光纤耦合器

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
随着人们对各种信息需求的日益增长，出现了各种提高网络带宽的技术。其中，OTDM由于克服了电时分复用中电子瓶颈的问题[1]而成为近年来发展的热点之一。OTDM在一根光纤上只传输一个波长的光信号，它首先要求光脉冲必须是RZ码，各路光信号通过占用不同时隙复用成一路，即在一路光脉冲之间插入几路相对于第一路具有不同时延的光脉冲，以提高单根光纤的传输速率。OTDM信号性能的优劣将直接影响到整个OTDM系统性能及解复用端的难易程度。影响OTDM信号性能的因素有很多，如输入光脉冲宽度、温度、应力等。另外，制作光时分复用器的光纤耦合器的偏振敏感性也影响了OTDM信号的性能。

2  4×10Gbit/s光时分复用信号的产生
在这里，我们采用了一种原理简单、容易实验室实现的制作方法[2]制作出了4×10Gbit/s的光时分复用器。

首先，1×4光纤耦合器将光脉冲源产生的10Gbit/s的光信号分为四路，四路信号分别通过不同的时延后再由一个1×4的光纤耦合器合为一路。这就可以产生4×10Gbit/s的光时分复用信号（注意这里的光脉冲源产生的10Gbit/s的光信号必须为RZ码）。

上面所用到的1×4的光纤耦合器是由三个2×2的光纤耦合器连接而成的,2×2的光纤耦合器是采用普通单模光纤熔融拉椎法制作而成。

此种光时分复用器的制作难点在于精确控制时延差，使每路光脉冲之间相隔25ps（40Gbit/s）。具体做法如下：选取第一路信号作为参考，其余三路与第一路产生△Ti的时延差。其中

其中C为光在真空中的传输速度，n为光纤芯区的折射率。根据上式，对于1ps的时延差光纤长度差约为0.2mm左右，因此对切割精度有极高的要求。

频率合成器hp83711B产生10GHz的RF信号，通过电放大器(2-12GHz)后输入光脉冲源(由北邮制作),此时光脉冲宽度为60ps。由于激光器调制的脉冲存在有啁啾，所以脉冲宽度较宽。因此我们采用了一段DCF对光脉冲进行压缩。压缩后的光脉冲宽度为15ps。在DCF之后加入了一级光放大，这是由于DCF有较大的插入损耗。放大的光信号通过光时分复用器后产生了40G的光信号，在通过一级放大之后接入到了示波器，示波器采用Agilent 86100B。示波器产生的波形如图所示：

由示波器观察可得到，各路光脉冲的幅度并不是处于稳定的状态，而是时刻无规则地起伏，尤其当晃动光时分复用器输入端光纤时，脉冲波动更加显著。

3  光纤耦合器偏振敏感性的研究

测量光纤耦合器偏振敏感性的装置[2]如图七所示，激光器输出的光经过偏振控制器后输入到光纤耦合器，通过旋转偏振控制器可以得到不同偏振方向的线偏振光，耦合器两输出臂各接一光功率计，可以测出对应于不同偏振方向耦合器的耦合比变化。测量结果如下表所示：

4  结果与讨论

由上面的测量结果可以看出：光纤耦合器的耦合比随着输入光偏振方向的变化而变化，最大为1.10，最小为1.02。

由于光时分复用器是由两个1:4光纤耦合器制成，因此，光纤耦合器的性能很大程度上影响了复用器的性能。光源输出线偏振光，经过一段普通单模光纤后输入到时分复用器，输入光信号的偏振方向是随机变化的，这就引起了光纤耦合器的耦合比随机变化，从而导致光时分复用器具有偏振敏感特性。为了降低光时分复用器的偏振敏感性，可以采用如下方案：
在第一个光纤耦合器输入端加一个偏振控制器，以保证输入光的偏振方向始终保持一致；尽量减小两光纤耦合器之间光纤的长度，以防止输入到第二个耦合器光的偏振态发生变化。实验证明这种方法可以有效地抑制由于光时分复用器偏振敏感而引起复用信号幅度抖动的问题。

参考文献：
[1]原容.全光通信技术讲座第三讲光时分复用技术[j].广西通信技术，1997，2:31～37
[2]Li Tangjun, Jiang Zhongao, Cui Jie, etal. Study on a Multiplexer a 40Gb/s OTDM
   System[J].Acta Optica Sinica, 2003, 23:303～304
[3]魏道平.光时分复用系统中若干关键技术研究-超短光脉冲源、时分复用信号的产生及其色散补偿传输：[学位论文].北京：北方交通大学，Y392070，2001
[4]王海帆.40Gb/s(STM-256)高速时分复用传输技术前景展望[J].光通信技术，2002，21(2):1～3
[5]魏道平，赵玉成，江中澳，等.8×2.5Gbit/s光时分复用信号产生系统[J].通信学报，1998，19(11):49～53

作者简介：
赵晶（1981-）女，北京交通大学电子信息工程学院硕士研究生，现从事偏振模色散补偿及OTDM器件的研究。