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光纤通信中多端口闭路光环行器的设计

更新日期:2007-08-16  作者:  来源:光学精密机械网(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

摘要:本文提出了一种应用于光纤通信中的多端口闭路光环行器的设计方案。闭路光环行器在双向通信、光上下路及色散补偿系统中具有重要作用。本文针对环行器的端口为奇数或偶数分别采用了两种不同的设计方案,端口数目可针对实际应用需要而设计,本文对其实现原理及相关参数进行了分析验证。 字串4

1. 引言与背景

光环行器在波分复用网络中基于光纤光栅(FBG)的应用中具有重要作用,诸如基于多端口环行器与光纤光栅的光上下路(OADM)系统[1] [2],可重构和双向传输光上下路[3],以及基于光环行器与光纤光栅组合的色散补偿系统[4]等;此外,光环行器与光放大器组合应用也有相关实验报道[5] [6]。然而现有的大部分光环行器都无法实现闭路功能,也即对于一个n端口的环行器,能将端口1输入的光束由端口2输出,端口2输入光从端口3输出,直至端口(n-1)输入至端口n输出,但从端口n输入光束则无法获得输出,而闭路光环行器则可让端口n输入光束由端口1输出,从而实现光束的完全循环功能。图1描述了有n个端口的闭路光环行器的通光功能。闭路光环行器在双向传输及循环色散补偿系统中具有重要作用,图2为其典型应用之一,在该方案中,FBG 1 反射由端口1输入的光信号,对之进行色散补偿,而对于从端口3输入的光束则透明传输;FBG 2 的功能刚好与FBG 1 相反。采用此方案,由端口1及端口3输入的信号都能无阻塞地传送至对面且获得所需的色散补偿。

本文中我们提出了一种设计闭路环行器的新方法,采用该方法设计的环行器的端口数目可以根据需要而任意设计,根据端口数目为奇数及偶数我们设计了两种组装方案,并相应分析了相关的实现原理及装配结构。分析表明该方案有效实现光的闭路环行功能,并具有优良的光学参数性能。 字串7

2. 结构与原理

图3(a)、(b)分别对应于我们所提出的偶数端口及奇数端口环行器的结构设计示意图。一个典型的偏振无关光环行器通常由三个功能块组成,依次是分/合光模块(D&M)、平行与垂直旋转模块(P&O)以及环行导光模块(BCC)组成[8]。其中,分/合光模块在输入端将一束光分成偏振态相互垂直的两束线偏振光,而在接收端则将两束偏振态垂直的线偏振光合成为一束光输出;平行与垂直旋转模块将两束偏振态垂直的线偏振光旋转为偏振态相互平行的线偏振光,或将两束偏振态相互平行的光束旋转为偏振态垂直的线偏振光,但不改变光束的传播方向;环行导光模块则根据光束输入时的位置、方向及偏振态的区别而实现各个输入光束环行传输功能。在我们的设计结构中,分/合光模块由双折射晶体构成,一般采用具有较大双折射系数的材料如钒酸钇或金红石晶体组装,也可采用渥拉斯顿棱镜或PBS等替代;平行与垂直旋转模块采用两片光轴夹角为45度的半波片(WP)外加一片法拉第旋光片(FR)构成,两片半波片能将两束偏振态垂直的线偏振光旋成偏振态相互平行,或者将两束偏振态平行的线偏振光旋成偏振态垂直的光束,而法拉第旋光片由于其旋光方向与光束传播方向无关,由此提供非互易性以实现往返光束的偏振态不同;环行导光模块在两种设计中结构有所不同,在偶数端口设计中由一个双折射晶体(BC)及一个偏振光分束器(PBS)构成,而在奇数端口器件设计中环行导光模块由一个双折射晶体、一个半波片以及两个斜角片(WG)组成,如图3(a)及(b)所示。

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