一种光耦合器分光比监控方法

专利名称：：一种光耦合器分光比监控方法
技术领域：
：本发明涉及一种高精度、高互易的耦合器的分光比监控方法，属于光通信
技术领域：
。
背景技术：
：-光耦合器是一种用来按一定比例分/合光束的无源光器件。为了制造出所需分光比的光耦合器，必须在制作过程中严格监控分光比。如图l所示为目前普遍采用的分光比监控方法原理图对于4端口的耦合系统，其通过在光耦合器输出的两个端口的光路加装PD检测器，然后分别实时监测分光后两路信号的强度来确定分光比。目前已知的用来监控分光比的方法有透射监控法(日本特许(公开)昭63-175812)，反射监控法(日本特许(申请)平1-275616)。大部分生产企业还是分别监测分光后两路信号的强度来确定分光比的。由于检测器之间的校准等问题，这些方法均不能很好的精确控制分光后两路光信号功率的分光比，尤其是在分光比高互易，也就是功率分光比为50:50情况下。
发明内容本发明的目的在于提供一种光耦合器分光比监控方法，其是一种利用耦合器交叉臂卯度相移实现在光耦合器制造过程中，对分光比进行监控的方法。本方法基于交叉臂与直通臂光信号相干相消，在两路信号等幅度时相干信号为零的原理，通过监控分光比之差从而精确控制分光后两臂的功率之差。本发明的技术方法为一种光耦合器分光比监控方法，所述光耦合器的传输矩阵为￡2《,其中为交叉臂振幅耦合比，rE,、E2、E3、E4分别为四端口耦合器的输入或输出信号振幅，为直通臂振幅耦合比，其步骤为-1)连接所述光耦合器位于同一侧的两个端口(2)和(3);2)从所述光耦合器另一侧的一端口(1)输入光信号；同时在该侧的另一端口(4)接收输出的光信号功率l4,在所述端口(1)接收输出的光信号功率In3)根据接收的光信号功率Ii和14确定该光耦合器分光比。进一步的，根据公式/,=4^V￡,2和/4="2(,-/2)2￡,2确定所述光耦合器分光比，其中a为所述步骤l)中所形成的环的环中损耗，Em为输入光信号振幅。进一歩的，如果所述光耦合器为保偏耦合器，则连接光耦合器位于同一侧的两个端口(2)和(3)时，端口(2)和(3)的快轴和慢轴分别对准后进行连接。进一步的，所述输入光信号为线偏振光，所述线偏振光的偏振方向与所述光耦合器的快轴或慢轴一致，且在所述端口(1)和(4)处分别接收快轴和慢轴的输出光信号功率。进一步的，如果输入的线偏振光偏振方向与所述光耦合器的慢轴一致，且在端口(1)和(4)处分别接收的快轴输出光信号功率Iiy和l4y不为零，贝U调整耦合装置使I!y和l4y同时为零，然后再检测端口(1)和(4)的慢轴输出功率Ibc和Ltx。进一步的，所述光耦合器为单模耦合器，所述输入光信号为圆偏振光或线偏振光。-种光耦合器分光比监控方法，所述光耦合器的传输矩阵为E2r&《A—，其中E,、E2、E3、E4分别为四端口耦合器的输入或输出信号振幅，t为交叉臂振幅耦合比，r为直通臂振幅耦合比，其步骤为1)连接所述光耦合器位于同一侧的两个端口(2)和(3);2)从所述光耦合器另一侧的一端口(1)输入光信号；同时在该侧的另一端口(4)接收输出的光信号功率U;3)如果接收的光信号功率I4为零，则该光耦合器的交叉臂与直通臂分光比相同。进一步的，如果所述光耦合器为保偏耦合器，则连接光耦合器位于同一侧的两个端口(2)和(3)时，端口(2)和(3)的快轴和慢轴分别对准后进行连接；所述输入光信号为线偏振光，所述线偏振光的偏振方向与所述光耦合器的快轴或慢轴一致。进一步的，如果接收的光信号功率l4不为零，且输入的线偏振光偏振方向与光耦合器慢轴一致，则在端口(4)分别检测慢轴和快轴的输出功率l4x和l4y，先调整耦合装置至快轴输出功率14y为零，再调整耦合装置至慢轴输出功率14x为零。进一步的，所述光耦合器为单模耦合器，所述输入光信号为圆偏振光或线偏振光。本文中所指光耦合器是一个四端口器件，如图2所示。其传输矩阵可以表示为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>本发明光路分析参考图如图3所示，首先考虑单模光纤，输入一束单色光Em的简单情形，记交叉臂振幅耦合比为t，直通臂振幅耦合比为r，环中损耗为a，相位积累为*。入射光在经过耦合区域时会分成两路，一路通过直通臂到达2，￡2=nE,，A绕环一周，在3处记为《="￡2^，《再次经过直通臂于4端口出射，记为￡;=/^2;另外一路，在l端口处经过耦合区域通过交叉臂到达3处，记为￡3绕环一周之后到达2处记为在2处通过交叉臂耦合至端口4，记为《="￡3。此两路最终在4端口出千涉，形成输出信号E。ut。即在4端口进行简单的功率检测，当功率为零时交叉臂与直通臂之分光比相同时，检测信号功率为0。若在端口l进行监测，则信号幅度可以表示为-由上面两个式子可知l，4端口测得功率分别为^和/,，其与分光比r，t关系如下-/,"r;Vg"2(a)/4=">2-,2)X2(b)通过两个端口的功率测量可以更加准确的标定耦合器的分光比。一般的，广+r，当一+/2=时，功率分光比之差为r2-/2=r2+厶特殊的，当/4=0时功率分光比一^2。进一步，如果考虑光信号的偏振态，那么可以将输入信号表示为￡,=&+~，即在平行与垂直保偏光纤的慢轴的两个偏振方向上分别考虑信号的行为。仍记交叉臂振幅耦合比为t，直通臂振幅耦合比为r，环中损耗为a，相位积累为小。考虑到慢轴(x)与快轴(y)方向上的折射率不同，不同偏振方向上耦合系数，损耗以及相位积累因而不同，以下标x，y加以区分。以慢轴为例，入射光五b在经过耦合区域时会分成两路，一路通过直通臂到达2，￡2x=r￡,。￡2;[绕环一周，在3处记为￡21=^￡2,&，《再次经过直通臂于4端口出射，记为￡^=〃￡^;另外一路，在1端口处经过耦合区域通过交叉臂到达3处，在耦合过程中偏振方向向慢轴转了e，记为两个偏振方向上的信号绕环一周之后分别到达2处记为在2处，两个正交的信号分别通过交叉臂耦合至端口4，记为《='-《五3;ccosP'-'、《sinP'《=&五3;[sin^+'Yy￡3j;cos0'两次经过交叉臂与两次经过直通臂的信号最终在4端口出干涉。最终慢轴的输入信号形成输出信号￡4,和五4"￡"=五L+五二=&(Ae'x2"》v,sin0sin^cos^cos^)五"=《=K-《a,sin0cos0K'cos6>sin")同理，快轴信号也会得到对称的结果。在输入信号偏振方向对准慢轴方向的情况下，分别对准保偏光纤的快慢轴检测功率。当且仅当快轴功率为零时，交叉臂耦合时不存在偏振方向转动。此时，慢轴的功率退化为&=《+《=五""卢/-^v"=-,))与单模光纤的输出信号形式类似，可以用公式a，b估算慢轴分光比。同样当功率为零时交叉臂与直通臂之分光比相同时，即~2=《，检测信号功率为0。本发明的积极效果为本发明通过利用耦合器交叉臂90度相移实现监控分光比之差的原理，实现了对耦合器分光的精确控制，可以得到高精度、高互易的耦合器。本发明不仅适应于普通单模耦合器和保偏耦合器分光比的监控，同时可以应用到保偏耦合器快慢轴对准的监控，具有工艺简单、成本低、效果好的特点。图1为现有分光比监控方法原理图2为本发明的耦合器框图3为本发明光路分析参考图4为本发明监控耦合器分光比实施框图。具体实施例方式现结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明本检测方法适用于遵循上述传输矩阵描述的所有耦合器。本发明的监控耦合器分光比实施框图如图4所示，本发明方法实施步骤如下若耦合器为单模系统，则实施步骤如下1.l端口加载输入光信号。输入光应为圆偏振光。在耦合器内部光程足够长以至于线偏振光不可保持的情况下，线偏振光输入也可以应用本方法。2.连接2，3端口。3.在4端口检测功率，如果4端口检测功率为O则分光后两路光信号功率相同，r-t;如果4端口检测功率不为0，则根据l端口检测的接收功率，按照公式a,b，可以计算出t与r之比。若耦合器为保偏系统，信号在慢轴上传播，则实施步骤如下1.l端口加载输入光信号。输入光信号应为线偏振光，且对准耦合器的慢轴x。2.连接2，3端口。连接时2，3端口的快/慢轴对准，即快轴对快轴，慢轴对慢轴。3.在4端口检测功率。a)如果需要慢轴分光比为50:50，即^=~i.若4端口功率l4为0，则耦合前后快慢轴方向均被保持且分光后两路光信号功率相同，~=《；ii.若4端口功率14不为0，则应该在快轴和慢轴分别检测输出功率，即在4端口分别检测慢轴和快轴的输出功率，I化和l4y。先调整耦合装置至l4y为0，贝據示耦合前后快慢轴方向均被保持；再调整耦合装置至l4x为0，则分光后两路光信号功率相同，^-t。b)如果需要不互易的分光比，即r,。则先分别检测1端口和4端口的快轴功率,b和l4y。若二者不为O，则调整耦合装置使二者同时为0，即耦合前后快慢轴方向均被保持。然后再检测l端口和4端口慢轴功率^和l4x，按照公式a，b，可以计算出慢轴上的分光比，~/~，调整耦合系统至需要的功率分光比值。同理，若耦合器为保偏系统，本方法还可以应用于信号在快轴上传播，或者同时在快慢轴上传播的两种情形。权利要求1.一种光耦合器分光比监控方法，所述光耦合器的传输矩阵为<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>E</mi><mn>2</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>E</mi><mn>3</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>r</mi></mtd><mtd><mi>it</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>it</mi></mtd><mtd><mi>r</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>E</mi><mn>4</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2009100924150002C1.tif"wi="36"he="11"top="27"left="139"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>其中E1、E2、E3、E4分别为四端口耦合器的输入或输出信号振幅，t为交叉臂振幅耦合比，r为直通臂振幅耦合比，其步骤为1)连接所述光耦合器位于同一侧的两个端口(2)和(3)；2)从所述光耦合器另一侧的一端口(1)输入光信号；同时在该侧的另一端口(4)接收输出的光信号功率I4，在所述端口(1)接收输出的光信号功率I1；3)根据接收的光信号功率I1和I4确定该光耦合器分光比。2.如权利要求l所述的方法，其特征在于根据公式/,=4一/2^￡,2和/4=^(,-一)2￡,2确定所述光耦合器分光比，其中a为所述步骤l)中所形成的环的环中损耗，Em为输入光信号振幅。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于如果所述光耦合器为保偏耦合器，则连接光耦合器位于同一侧的两个端口(2)和(3)时，端口(2)和(3)的快轴和慢轴分别对准后进行连接。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述输入光信号为线偏振光，所述线偏振光的偏振方向与所述光耦合器的快轴或慢轴一致，且在所述端口(1)和(4)处分别接收快轴和慢轴的输出光信号功率。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于如果输入的线偏振光偏振方向与所述光耦合器的慢轴一致，且在端口(1)和(4)处分别接收的快轴输出光信号功率Iiy和l4y不为零，则调整耦合装置使Ly和l4y同时为零，然后再检测端口(1)和(4)的慢轴输出功率I!x和I4x。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述光耦合器为单模耦合器，所述输入光信号为圆偏振光或线偏振光。7.-种光耦合器分光比监控方法，所述光耦合器的传输矩阵为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>，其中Ei、E2、E3、E4分别为四端口耦合器的输入或输出信号振幅，t为交叉臂振幅耦合比，r为直通臂振幅耦合比，其步骤为1)连接所述光耦合器位于同一侧的两个端口(2)和(3);2)从所述光耦合器另一侧的一端口(1)输入光信号；同时在该侧的另一端口(4)接收输出的光信号功率14;3)如果接收的光信号功率Lt为零，则该光耦合器的交叉臂与直通臂分光比相同。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于如果所述光耦合器为保偏耦合器，则连接光耦合器位于同一侧的两个端口(2)和(3)时，端口(2)和(3)的快轴和慢轴分别对准后进行连接；所述输入光信号为线偏振光，所述线偏振光的偏振方向与所述光耦合器的快轴或慢轴一致。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于如果接收的光信号功率14不为零，且输入的线偏振光偏振方向与光耦合器慢轴一致，则在端口(4)分别检测慢轴和快轴的输出功率I化和l4y，先调整耦合装置至快轴输出功率l4y为零，再调整耦合装置至慢轴输出功率l4x为零。10.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述光耦合器为单模耦合器，所述输入光信号为圆偏振光或线偏振光。全文摘要本发明公开了一种光耦合器分光比监控方法，属于光通信
技术领域：
。本发明的方法为1)连接光耦合器位于同一侧的两个端口(2)和(3)；2)从光耦合器另一侧的一端口(1)输入光信号；同时在该侧的另一端口(4)接收输出的光信号功率I₄，或者同时在端口(1)接收输出的光信号功率I₁；3)调整光耦合器使I₄为零得到分光比相等的耦合器，或者根据接收的光信号功率I₁和I₄确定该光耦合器分光比。与现有技术相比，本发明实现了对耦合器分光的精确控制，可以得到高精度、高互易的耦合器；同时不仅适应于普通单模耦合器和保偏耦合器分光比的监控，具有工艺简单、成本低、效果好的特点。文档编号G02B6/26GK101644794SQ20091009241公开日2010年2月10日申请日期2009年9月11日优先权日2009年9月11日发明者月孙,徐连宇,李正斌申请人:北京大学