[发明专利]测量偏振依赖损失的装置和方法

说明书

发明领域

本发明通常涉及测量光学器件的偏振依赖损失(PDL)，特别涉及基本消除与测量系统相伴随的PDL噪声从而能够更精确地测量单元PDL的装置和方法。

背景技术

在单模光纤中，光纤基本模式是满足内芯一夹层界面的边界条件的波方程之解。波方程有两种对应基本模式的解，它们具有相同的传播常数。这两个解被称为偏振模式。与基本模式相伴的电场假定为横向场，其偏振分量沿互相正交的x和y方向线性偏振。随着光线在光纤或单元内的传播，光线能量在两种偏振模式之间进行划分。偏振状态归因于光线能量在偏振模式之间的分布。器件或单元可能呈现作为偏振模式函数的损失。两种偏振模式之间的损失差异代表了器件的偏振依赖损失(PDL)。光学单元的PDL是一项经常用来表征纳入光学光纤网络内的光学器件的重要参数。当光学系统变得更为复杂时，由于PDL的累积性质，所以系统设计者需要单元和器件满足更加严格的PDL偏差。PDL为0.01dB的器件对由许多器件组成并且空间跨度相当大的系统具有明显的影响。为此，测量系统必须能够精确测量这种器件的PDL。

在已经考虑的一种方法中，采用2×2的3dB耦合器进行反射式光学器件的PDL测量。在一端，第一端口连接至偏振控制器和激光源而第二端口连接至功率检测器。在另一端，第三端口连接至被测试器件(DUT)而第四端口终止。激光源和偏振控制器向耦合器注入随机偏振的光信号。光信号由第三端口出来并进入DUT，在那里它反射回第三端口。在传播入耦合器之后，反射信号由第二端口出来并且进入检测PDL的检测器。该系统存在重大的缺陷。耦合器本身的PDL在0.05dB-0.1dB范围内。由于耦合器的PDL大于现在光子系统内采用的许多器件的PDL，所以测量装置无法测量隐藏在系统PDL噪声中的测试器件真实的PDL。

在另一已经考虑的方法中，提供自动化系统测量工作在前向传输模式下的光学器件的PDL。激光源和偏振控制器被用来提供具有4个预先确定和唯一的偏振状态的信号。基于微处理器的系统使致动器带动偏振控制器循环遍历4种偏振状态，与此同时检测器位于DUT输出处以读取每种状态的强度。这些数值由处理器用来计算Meuller矩阵中每个元素的数值并且计算Stokes矢量来标识偏振输入信号。这些数值随后被用来计算DUT的PDL。测试组的残余PDL小于0.001dB，可见得到了改进。如果系统功能性带来的开支节省大于相伴的软件、可靠性和维护成本(它们可能需要重视)，则自动化系统可能带来好处。例如自动化系统属软件密集化系统并且经常出现的情况是软件开发成本超过硬件成本。这是这种系统存在的缺点。对于如此高度自动化的精密系统，由于无法测量工作在背向反射模式下的器件，所以缺少多功能性。这导致作出令人烦恼的选择：购买或者开发测量反射器件PDL的第二系统，或者为了容纳反射器件而重新设计和改动系统。两种解决方案都牵涉到支出增加。

因此需要一种可靠和相对便宜的精确测量光学器件PDL的装置。与此同时，PDL测量装置必须是多功能的，能够测量反射器件和前向传输模式下工作的器件的PDL。

发明内容

本发明测量偏振依赖损失的装置和方法的特征在于一前一后组合起来并且取向使得测量系统PDL噪声降低至忽略不计水平的几个光学耦合器。通过匹配耦合器的PDL并且矢量化减去偏振的相反相位，实际上消除了测量系统的PDL。由于提供的测量系统以较少花费的方法精确测量了光学单元的PDL，所以这个概念简单性引人注目。它还是一个多功能系统。它测量工作于反射模式和前向传输模式的光学器件的PDL。

本发明的一个方面是利用随机偏振光信号测量测试下光学器件的偏振依赖损失的装置，该装置产生导入被测试光学器件内的测试输入信号。该装置包括：连接至光源的第一无源光学元件，其中第一无源光学元件具有第一偏振损失损失；以及连接至第一无源光学元件并且具有基本上等于第一偏振依赖损失的第二偏振依赖损失的第二无源光学元件。第二无源光学元件相对第一无源光学元件放置为第二偏振依赖损失基本上抵消第一偏振依赖损失并且输出偏振依赖损失等于第一最小值的测试输入信号。