自准直干涉仪测光纤非线性克尔系数的误差分析

　　0　引　言

　　在光纤通信中,光波在光纤中传播通常受到光纤的吸收、群速度色散(GVD)及非线性的影响。尤其在波分复用(WDM)系统中,由于光波能量的增加,非线性影响显著增强,诸如自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)和四波混频(FWM)等非线性效应。这些现象都与克尔系数γ有关,对不同光纤,有不同的γ值。能准确的测量出γ值,就能有效地优化WDM系统,避免由于非线性效应而引起的信道间窜扰。利用自相位调制和交叉相位调制[1],测出非线性效应引起的相移,可很容易的算出γ值。但所有有关测相移的方法都是利用光的相干原理,这种原理存在一个缺陷就是受环境的干扰比较大,测量稳定性比较差,测量数据波动较大,误差较大。文献[2]中提出一种利用M-Z干涉仪,并用法拉第镜作反射镜,使干涉光都经过相同的路径,从而避免了干涉测量易受环境影响的问题。这是此装置最奇特的优点,测出的相移仅与光纤的非线性效应有关。本文分析了这种测试原理,发现这种测量原理并非完全不受环境影响,只有选择优化的参数,才能实现高稳定性的测量目的,本文就该装置的参数优化作了严格的理论分析,并给出优化后的结果。我们利用优化的参数,对标准单模光纤(SMF)进行了测量,测量数据和文献数据进行对照,发现偏差进一步减小。表明这种优化方法的可行性。

　　1　光学原理

　　1.1　测试原理

　　光纤中随着信号能量的增加,极易发生非线性效应:SPM效应和XPM效应。在SPM效应中,假设一段传输光纤的长度为L,则强度为P的光通过这段光纤后引起的相移为[3]

　　其中Leff= [1-exp(-αsL)]/αs为光纤的有效长度,αs,k分别为光的吸收系数和传播常数;m反映了光的偏振对相移的影响,在保偏光纤中,光的偏振态不变则m取1,如果光的偏振态被扰乱则m取8/9。(1)式表示,如果测出光的相移,就很容易算出光纤的克尔系数γ值。

　　测量装置如图1所示,激光器产生一脉冲激光,经EDFA放大后,穿过一环行器,再经耦合器(耦合比α/(1-α))把光能分在M-Z干涉仪的两个臂上。M-Z干涉仪的两臂由长光纤L和短光纤S组成。长光纤起到延迟线的作用,由于延迟的作用,两臂的光脉冲到达第二个耦合器(耦合比β/(1-β))时,不在重合。前后两脉冲经第二个耦合器分别到达探测器D1和进入测试光纤,由于强度不同,由SPM效应,发生的相移也不同。两脉冲再经法拉第镜M的两臂,同样由于延迟线的作用,前面的脉冲分成前后两个脉冲,后面的脉冲也分成前后两个脉冲。在四个脉冲中,中间两个脉冲是重合的。第一个脉冲经过两次短臂S-S和两次测试光纤2TF,中间两脉冲分别经过S-L、2TF和L-S、2TF,最后一脉冲经过L-L、2TF,在探测器D2上可收到三个脉冲,中间的脉冲由于干涉的结果,其强度随着激光器输出脉冲的强度增强而减小。它含有相移信息,也正是我们须测量的。环行器是把返回的光能分流出去。