[发明专利]光纤相位补偿器及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤通信技术领域，具体涉及一种光纤相位补偿器及其使用方法，以精确补偿传输光信号光程改变产生的抖动误差。

背景技术

受到环境温度变化的影响，单模光纤会产生热胀冷缩以及折射率变化等效应，环境中的振动也会引起光纤折射率的微小变化，这些环境因素的改变均会使光纤中传输光信号的光程产生改变，出现抖动。光纤授时系统、相位相关高速光纤射频信号传输(ROF)系统等特殊光信号传输系统对光程的精度要求非常高，环境温度和振动对光纤的影响往往使得系统的光程抖动误差大大超出容限，严重降低系统的使用性能。但长距离的光纤无法避免环境温度和振动的影响，现有的相位相关高速光纤射频信号传输(ROF)系统传输10GHz载波信号时，要满足相位偏差小于5°的情况下，传输距离不足50米。故迫切需要解决环境因素造成的光纤中传输光信号的光程改变的问题，以满足光纤授时系统等特殊光信号传输系统对光程的高精度要求。

发明内容

本发明目的是设计一种光纤相位补偿器，单纵模激光与传输光信号共同在传输光纤内传输，传输光纤的一段缠绕在压电陶瓷上，单纵模激光信号反射返回与本地单纵模激光信号在干涉仪中产生干涉，干涉光信号经光电探测器转换为电信号，送入反馈控制电路，反馈控制电路控制压电陶瓷的电致伸缩的幅度，从而改变其上缠绕的传输光纤的光程，补偿相位，免除传输光信号的光程改变。

本发明的另一目的是公开上述光纤相位补偿器的使用方法。

本发明设计的一种光纤相位补偿器，包括单纵模激光器、光纤耦合器、光纤干涉仪、压电陶瓷、传输光纤和反馈控制电路，本发明分别在传输光纤两端设置第一波分复用器和第二波分复用器。单纵模激光器发出波长与传输光信号波长不同的激光，由2×2光纤耦合器的第一端口接入分为两束，其中从第二端口输出的一束激光输入第一波分复用器的透射端，传输光信号输入第一波分复用器的反射端，二者共同由第一波分复用器的公共端输出至传输光纤，传输光纤的一段缠绕在压电陶瓷(PZT)上，传输光纤的另一端连接第二波分复用器的公共端，第二波分复用器的反射端输出传输光信号，透射端输出单纵模激光信号送到第二光纤反射镜。第二光纤反射镜将单纵模激光信号反射，经传输光纤返回，从第一波分复用器的公共端进入，再由第一波分复用器的透射端进入2×2光纤耦合器的第二端口；而2×2光纤耦合器分出的另一束单纵模激光信号由第三端口送至第一光纤反射镜被反射，作为本地单纵模激光信号返回2×2光纤耦合器第三端口，按迈克尔逊干涉仪原理，2×2光纤耦合器作为光纤干涉仪，本地单纵模激光信号与经传输光纤返回的单纵模激光信号产生干涉，按二光信号相位的不同、形成功率幅度不同的干涉光信号。当传输光纤受环境温度及振动影响改变光程时，往返传输的单纵模激光的相位会发生改变，与本地单纵模激光信号干涉后产生的干涉光光强随之改变。作为光纤干涉仪的2×2光纤耦合器的第四端口输出干涉光信号，接入光电探测器转为电信号送入反馈控制电路，反馈控制电路根据所得干涉光信号对应的电信号产生对压电陶瓷的控制信号，接入压电陶瓷，控制其电致伸缩幅度，改变其上缠绕的传输光纤的光程，调整单纵模激光往返传输光纤后的相位，使干涉仪输出的光信号功率幅度恢复到初始值，实现对传输光信号相位的补偿。

所述传输光纤为单模光纤。

所述单纵模激光器输出的激光为稳定功率的连续激光，且在传输光纤内的相干长度至少大于两倍传输光纤的长度。

所述第一、第二光纤反射镜工作波长与单纵模激光器波长一致。

所述2×2光纤耦合器和第一光纤反射镜可用2个1×2光纤耦合器和光纤环行器代替，按马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪原理构成光纤干涉仪，即单纵模激光器发出的激光，接入第一1×2光纤耦合器分为两束，其中一束激光经光纤环行器输入第一波分复用器的透射端；另一束激光作为本地单纵模激光信号接入第二1×2光纤耦合器一个输入端口；从传输光纤另一端返回的单纵模激光信号经光纤环行器进入第二1×2光纤耦合器另一输入端口，与本地单纵模激光信号产生干涉，第二1×2光纤耦合器的输出端口与光电探测器相连接、送入干涉光信号。

所述单纵模激光器的波长包含在第一、第二波分复用器的透射端工作波长内，第一、第二波分复用器的透射端带宽内不包含传输光信号波长，且带宽越窄越好，优先选择透射端带宽为100G规格的波分复用器。

所述光电探测器是可响应单纵模激光器工作波长的有光纤尾纤的光电二极管，其将传输光纤上返回的单纵模激光信号和本地参考单纵模激光信号相干涉产生的光强度信号转化成电流信号送入反馈控制电路。