阅读说明：本技术 一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器 (Optical fiber phase compensator of high-precision optical fiber interferometer ) 是由 岳耀笠 张首刚 高帅和 胡珍源 刘鹏飞 农定鹏 张昕 王航 于 2020-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器,采用等长光纤替代法,即令输入端或输出端光纤干涉仪的测量臂中非公共光纤段长度与盲区光纤长度一致,从而等效测量盲区光纤的相位漂移,实现了业务光信号在光纤链路传输的相位漂移检测误差最小化,从而获得更高的相位补偿精度。实验表明,在等长替代光纤长度误差为1cm时,该段等长替代光纤造成的长期(24h)系统相位漂移检测误差小于10fs,短时间(1s)的系统相位漂移检测误差可以忽略不计。(The invention discloses an optical fiber phase compensator of a high-precision optical fiber interferometer, which adopts an equal-length optical fiber substitution method, namely, the length of a non-common optical fiber segment in a measuring arm of the optical fiber interferometer at an input end or an output end is consistent with the length of a blind area optical fiber, so that the phase drift of the blind area optical fiber is equivalently measured, the phase drift detection error minimization of service optical signals transmitted in an optical fiber link is realized, and higher phase compensation precision is obtained. Experiments show that when the length error of the equal-length substituted optical fiber is 1cm, the long-term (24h) system phase drift detection error caused by the equal-length substituted optical fiber is less than 10fs, and the short-term (1s) system phase drift detection error can be ignored.)

一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器

技术领域

本发明涉及光纤稳相传输技术领域，具体涉及一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器。

背景技术

光纤相位补偿器是一种应用于光纤传输射频相参信号的光纤稳相传输设备，其特点将光纤传输链路作为光纤干涉仪的测量臂，获得传输链路的相位漂移，并根据相位漂移检测结果从改变光纤时延上进行相位补偿；业务信号则通过波分复用技术与光纤相位补偿器的探测光信号共同在经过相位补偿的光纤传输链路上传输，从而实现稳相传输。

现有光纤相位补偿器，如申请号为CN201410173968的中国发明“光纤相位补偿器及其使用方法”、申请号为CN201710818733的中国发明专利申请“一种级联光纤相位补偿器和光纤传输系统”，如申请号为CN201810863552的中国发明专利申请“一种基于马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位补偿器”等，其均通过在ROF信号发射端和ROF信号接收端之间的设置光纤干涉仪来实现相位漂移检测。虽然这些光纤相位补偿器在100m量级的短光纤上可以实现±λ/4的相位补偿精度(λ为光纤相位补偿器探测光源波长)，在几十千米的长光纤上可以实现小于0.1ps的相位补偿精度。但是现有光纤相位补偿器在进行相位漂移检测时，并没有考虑到信号发射端和信号接收端，以及1×N分发器和单向中继光路等位置会存在检测盲区的问题，而这些检测盲区由于无法进行对应地相位补偿会带来光纤稳相传输的系统误差。虽然这些系统误差对于非精密的系统而言，是属于可连接受的相位噪声，但是对于要求精密的系统而言，却属于不可连接受的相位噪声，特别是在较大温度范围下以及多级级联的积累下，可能造成超出系统容许范围的相位噪声。

发明内容

本发明所要解决的是现有光纤相位补偿器存在相位漂移检测盲区光纤段而使得相位补偿出现误差的问题，提供一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器，该光纤相位补偿器设置在光纤传输链路上，该光纤传输链路包括1个业务信号发射端和1个业务信号接收端；该光纤相位补偿器包括输入端光纤干涉仪、输出端光纤干涉仪、控制电路和相位补偿模块；输入端光纤干涉仪和输出端光纤干涉仪结构相同，均为迈克尔逊干涉仪；每个迈克尔逊干涉仪各由远端波分复用器、远端法拉第磁旋转反射镜、本地波分复用器、本地法拉第磁旋转反射镜、光纤耦合器、2个光电探测器、以及窄线宽激光器组成；其中光纤耦合器至少包括5个端口，其中2个端口位于该光纤耦合器的一侧，另外3个端口位于光纤耦合器的另一侧；输入端光纤干涉仪的远端波分复用器的反射端与业务信号发射端连接；输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的反射端与业务信号接收端连接；远端波分复用器的透射端连接远端法拉第磁旋转反射镜；远端波分复用器的公共端与本地波分复用器的公共端连接；本地波分复用器的透射端和本地法拉第磁旋转反射镜分别与光纤耦合器的一侧的2个端口连接；窄线宽激光器和2个光电探测器分别与光纤耦合器的另一侧的3个端口连接；输入端光纤干涉仪的本地波分复用器的反射端与输出端光纤干涉仪的本地波分复用器的反射端连接；输入端光纤干涉仪的2个光电探测器与输出端光纤干涉仪的2个光电探测器连接控制电路的输入端；控制电路的输出端连接相位补偿模块的控制端；相位补偿模块设置在输入端光纤干涉仪和/或输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的公共端和本地波分复用器的公共端之间的测量臂内。

上述方案中，输入端光纤干涉仪的远端法拉第磁旋转反射镜至输入端光纤干涉仪的远端波分复用器的光程与业务信号发射端至输入端光纤干涉仪的远端波分复用器的光程相等；输出端光纤干涉仪的远端法拉第磁旋转反射镜至输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的光程与业务信号接收端至输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的光程相等；对于输入端光纤干涉仪的本地波分复用器至输入端光纤干涉仪的光纤耦合器之间的光程L1，输入端光纤干涉仪的本地法拉第磁旋转反射镜至输入端光纤干涉仪的光纤耦合器之间的光程L2；输出端光纤干涉仪的本地波分复用器至输出端光纤干涉仪的光纤耦合器之间的光程L4，输出端光纤干涉仪的本地法拉第磁旋转反射镜至输出端光纤干涉仪的光纤耦合器之间的光程L5；输入端光纤干涉仪的本地波分复用器至输出端光纤干涉仪的本地波分复用器之间的光程L3；满足L3＝L1-L2+L4-L5；或者满足L3＝L1-L2且L4＝L5；或者满足L3＝L4-L5且L1＝L2。

上述方案中，控制电路将输入端光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值与输出端光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值求和后，去控制相位补偿模块进行相位补偿。

另一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器，该光纤相位补偿器设置在光纤传输链路上，该光纤传输链路包括1个业务信号发射端、1×N光纤分路器和N个业务信号接收端；该光纤相位补偿器包括1个输入端光纤干涉仪、N个输出端光纤干涉仪、控制电路和N个相位补偿模块；1个输入端光纤干涉仪和N个输出端光纤干涉仪结构相同，均为迈克尔逊干涉仪；每个迈克尔逊干涉仪各由远端波分复用器、远端法拉第磁旋转反射镜、本地波分复用器、本地法拉第磁旋转反射镜、光纤耦合器、2个光电探测器、以及窄线宽激光器组成；其中光纤耦合器至少包括5个端口，其中2个端口位于该光纤耦合器的一侧，另外3个端口位于光纤耦合器的另一侧；输入端光纤干涉仪的远端波分复用器的反射端与业务信号发射端连接，每个输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的反射端与对应的业务信号接收端连接；远端波分复用器的透射端连接远端法拉第磁旋转反射镜；远端波分复用器的公共端与本地波分复用器的公共端连接；本地波分复用器的透射端和本地法拉第磁旋转反射镜分别与光纤耦合器的一侧的2个端口连接；窄线宽激光器和2个光电探测器分别与光纤耦合器的另一侧的3个端口连接；输入端光纤干涉仪的本地波分复用器的反射端与1×N光纤分路器的输入端连接；N个输出端光纤干涉仪的本地波分复用器的反射端与1×N光纤分路器的N个输出端连接；输入端光纤干涉仪的2个光电探测器与每一个输出端光纤干涉仪的2个光电探测器均分别连接控制电路的输入端；控制电路的输出端连接N个相位补偿模块的控制端；N个相位补偿模块设置在N个输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的公共端和本地波分复用器的公共端之间的测量臂内；上述N为大于等于2的正整数。

上述方案中，输入端光纤干涉仪的远端法拉第磁旋转反射镜至输入端光纤干涉仪的远端波分复用器的光程与业务信号发射端至输入端光纤干涉仪的远端波分复用器的光程相等；每个输出端光纤干涉仪的远端法拉第磁旋转反射镜至该输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的光程与业务信号接收端至该输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的光程相等；对于输入端光纤干涉仪的本地波分复用器至输入端光纤干涉仪的光纤耦合器之间的光程L1，输入端光纤干涉仪的本地法拉第磁旋转反射镜至输入端光纤干涉仪的光纤耦合器之间的光程L2；每个输出端光纤干涉仪的本地波分复用器至该输出端光纤干涉仪的光纤耦合器之间的光程L41、L42、……、L4N，每个输出端光纤干涉仪的本地法拉第磁旋转反射镜至该输出端光纤干涉仪的光纤耦合器之间的光程L51、L52、……、L5N；输入端光纤干涉仪的本地波分复用器至每个输出端光纤干涉仪的本地波分复用器之间的光程L31、L32、……、L3N；满足L3i＝L1-L2+L4i-L5i；或者满足L3i＝L1-L2且L4i＝L5i；或者满足L3i＝L4i-L5i且L1＝L2；上述i＝1,2,……,N；N为大于等于2的正整数。

上述方案中，控制电路将输入端光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值与第i个输出端光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值求和后，去控制第i个相位补偿模块进行相位补偿；上述i＝1,2,……,N；N为大于等于2的正整数。

又一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器，该光纤相位补偿器设置在中继光纤传输链路上，该中继光纤传输链路包括1个中继业务信号输入端和1个中继业务信号输出端，且中继业务信号输入端和中继业务信号输出端之间设有单向中继放大器；该光纤相位补偿器包括中继端第一光纤干涉仪、中继端第二干涉仪、中继控制电路和中继相位补偿模块；中继端第一光纤干涉仪为马赫-曾德尔光纤干涉仪；马赫-曾德尔光纤干涉仪由入端光纤耦合器、入端波分复用器，出端解复用器、出端光纤耦合器、参考臂消偏器、测量臂消偏器、2个光电探测器、以及窄线宽激光器组成；其中入端光纤耦合器至少包括3个端口，其中1个端口位于入端光纤耦合器的一侧，另外2个端口位于入端光纤耦合器的另一侧；出端光纤耦合器至少包括4个端口，其中2个端口位于入端光纤耦合器的一侧，另外2个端口位于入端光纤耦合器的另一侧；中继端第二干涉仪为迈克尔逊干涉仪；迈克尔逊干涉仪各由远端波分复用器、远端法拉第磁旋转反射镜、本地波分复用器、本地法拉第磁旋转反射镜、光纤耦合器、2个光电探测器、以及窄线宽激光器组成；其中光纤耦合器至少包括5个端口，其中2个端口位于该光纤耦合器的一侧，另外3个端口位于光纤耦合器的另一侧；中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器的反射端连接中继业务信号输入端，中继端第二干涉仪的远端波分复用器的反射端连接业务信号接收端或下一级中继业务信号输入端；在中继端第一光纤干涉仪中，窄线宽激光器的输出端连接入端光纤耦合器的一侧的1个端口，入端光纤耦合器的另一侧的2个端口分别连接参考臂消偏器的输入端和入端波分复用器的透射端；入端波分复用器的公共端连接中继光纤传输链路的单向中继放大器的输入端，中继光纤传输链路的单向中继放大器的输出端连接出端解复用器的公共端；出端解复用器的透射端连接测量臂消偏器的输入端；参考臂消偏器的输出端和测量臂消偏器的输出端分别与出端光纤耦合器的一侧的2个端口连接；出端光纤耦合器的另一侧的2个端口连接2个光电探测器；2个光电探测器分别连接中继控制电路的输入端；在中继端第二干涉仪中，远端波分复用器的透射端连接远端法拉第磁旋转反射镜；远端波分复用器的公共端与本地波分复用器的公共端连接；本地波分复用器的透射端和本地法拉第磁旋转反射镜分别与光纤耦合器的一侧的2个端口连接；窄线宽激光器和2个光电探测器分别与光纤耦合器的另一侧的3个端口连接；中继端第一光纤干涉仪的出端解复用器的反射端连接中继端第二干涉仪的的本地波分复用器的反射端；在中继端第一光纤干涉仪的2个光电探测器与中继端第二干涉仪的2个光电探测器连接中继控制电路的输入端，中继控制电路的输出端连接中继相位补偿模块的控制端，中继相位补偿模块设置在中继端第二干涉仪的远端波分复用器的公共端和本地波分复用器的公共端之间的测量臂内，或者中继相位补偿模块设置在中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器和出端解复用器之间的测量臂内。

上述方案中，中继端第一光纤干涉仪的窄线宽激光器可以由1×2光纤耦合器和掺铒光纤放大器替代；其中1×2光纤耦合器的1个输入端口连接上一级光纤相位补偿器的迈克尔逊干涉仪的远端波分复用器的透射端，1×2光纤耦合器的2个输出端分别连接掺铒光纤放大器和远端法拉第磁旋转反射镜，掺铒光纤放大器的输出端形成该窄线宽激光光源的输出端。

上述方案中，中继端第一光纤干涉仪的入端光纤耦合器输出端口1至中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器的透射端的光程L3与中继端第一光纤干涉仪的出端波分复用器的透射端至中继端第一光纤干涉仪的出端光纤耦合器输入端口1的光程L5之和等于第一光纤干涉仪参考臂光程即入端光纤耦合器另一输出端口至出端光纤耦合器另一输入端口的的光程L6，即L3+L5＝L6；中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器的反射端至上一级中继的光纤相位补偿器的迈克尔逊干涉仪的远端波分复用器的反射端的光程L2等于上一级光纤相位补偿器的迈克尔逊干涉仪的远端波分复用器的透射端至上一级中继的光纤相位补偿器的迈克尔逊干涉仪的远端法拉第磁旋转反射镜的光程L1，即L1＝L2；中继端第一光纤干涉仪的出端解复用器的反射端至中继端第二光纤干涉仪的本地波分复用器的反射端的光程L7等于中继端第二光纤干涉仪的本地波分复用器的透射端至中继端第二光纤干涉仪的光纤耦合器的光程L8减去中继端第二光纤干涉仪的本地法拉第磁旋转反射镜至第二光纤干涉仪的光纤耦合器的光程L9，即L7＝L8-L9；中继端第二光纤干涉仪的远端波分复用器的透射端至远端法拉第磁旋转反射镜的光程L10等于中继端第二光纤干涉仪的远端波分复用器的反射端至业务信号接收端探测器或下一级中继的光纤相位补偿器第一光纤干涉仪的入端波分复用器的光程L11，即L10＝L11。

上述方案中，当中继相位补偿模块设置在中继端第二干涉仪的远端波分复用器的公共端和本地波分复用器的公共端之间的测量臂内时，中继控制电路先将中继端第一光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值乘以2后，再与中继端第二干涉仪所检测的相位漂移检测值求和后，去控制中继相位补偿模块进行相位补偿；当中继相位补偿模块设置在中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器的公共端和出端解复用器的公共端之间的测量臂内，中继控制电路先将中继端第二光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值除以2后，再与中继端第一干涉仪所检测的相位漂移检测值求和后，去控制中继相位补偿模块进行相位补偿。

与现有技术相比，本发明克服了光纤相位补偿器在信号发射端和信号接收端、1×N分发器以及单向中继光路等位置存在光纤干涉仪检测盲区的光纤段，而使得相位补偿出现误差的问题，采用等长光纤替代法，即令输入端或输出端光纤干涉仪的测量臂中非公共光纤段长度与盲区光纤长度一致，从而等效测量盲区光纤的相位漂移，实现了业务光信号在光纤链路传输的相位漂移检测误差最小化，从而获得更高的相位补偿精度。实验表明，在等长替代光纤长度误差为1cm时，该段等长替代光纤造成的长期(24h)系统相位漂移检测误差小于10fs，短时间(1s)的系统相位漂移检测误差可以忽略不计。

附图说明

图1为第一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器(一路输出)的光学结构示意图。

图2为输入远端波分复用器和输出端波分复用器的端口及等长替代光纤示意图。

图3为图1中2个光纤干涉仪之间的等长替代光纤示意图。

图4为第二种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器(N路输出)的光学结构示意图。

图5为图4的中2个光纤干涉仪之间的等长替代光纤示意图。

图6为本发明在长距离传输中的应用示例图。

图7为第三种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器(带中继放大、独立光源)的光学结构示意图。

图8为第四种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器(带中继放大、非独立光源)的光学结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

实施例1：

一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器，由1个输入端光纤干涉仪、1个输出端光纤干涉仪、1个控制电路和1个相位补偿模块组成，如图1所示。上述光纤相位补偿器设置在1×1光纤传输链路上，且该1×1光纤传输链路包括1个业务信号发射端和1个业务信号接收端。业务信号发射端的输出端与业务信号接收端的输入端通过光纤光缆连接。

所述输入端光纤干涉仪为迈克尔逊光纤干涉仪，包括输入远端波分复用器、输入远端法拉第磁旋转反射镜、输入本地波分复用器、输入本地法拉第磁旋转反射镜、输入光纤耦合器、2个输入光电探测器(PD1和PD2)、以及输入窄线宽激光器。在本发明中，输入光纤耦合器为3×3光纤耦合器，其包括6个端口，其中第一至第三端口位于光纤耦合器的一端；第三至第六端口位于光纤耦合器的另一端。输入远端波分复用器包括三个光纤端口，如图2所示，分别为公共端(①端口)、透射端(②端口)、反射端(③端口)，其中透射端传输相位漂移检测激光，反射端传输业务信号，公共端传输上述两种信号的合波信号，计算波分复用器光程的起始点为WDM波片。

输入远端波分复用器的反射端连接业务信号发射端。输入远端波分复用器的透射端连接输入远端法拉第磁旋转反射镜。输入远端波分复用器的公共端通过光纤跳线或传输光缆与输入本地波分复用器的公共端连接。输入本地波分复用器的透射端连接输入3×3光纤耦合器的第五端口，输入本地法拉第磁旋转反射镜连接输入3×3光纤耦合器的第六端口，输入窄线宽激光器连接输入3×3光纤耦合器的第一端口。输入3×3光纤耦合器的第二端口和第三端口分别连接入对应的2个输入光电探测器(PD1和PD2)，并与控制电路的输入端连接。

输入3×3光纤耦合器第一端口至第三端口为输入端口，分别连接输入窄线宽激光器和两个光电探测器，连接顺序无要求；输入3×3光纤耦合器第四端口至第六端口为输出端口，分别连接输入本地波分复用器透射端和法拉第磁旋转反射镜，还有一端口空置，连接顺序无要求；但输入3×3光纤耦合器的输入端口和输出端口之间不可连接错。

所述输出端光纤干涉仪为迈克尔逊光纤干涉仪，包括输出远端波分复用器、输出远端法拉第磁旋转反射镜、输出本地波分复用器、输出本地法拉第磁旋转反射镜、输出光纤耦合器、2个输出光电探测器(PD3和PD4)、以及输出窄线宽激光器。在本发明中，输出光纤耦合器为3×3光纤耦合器，其包括6个端口，其中第一至第三端口位于光纤耦合器的一端；第三至第六端口位于光纤耦合器的另一端。输出远端波分复用器包括三个光纤端口，如图2所示，分别为公共端(①端口)、透射端(②端口)、反射端(③端口)，其中透射端传输相位漂移检测激光，反射端传输业务信号，公共端传输上述两种信号的合波信号，计算波分复用器光程的起始点为WDM波片。

输出远端波分复用器的反射端连接业务信号接收端。输出远端波分复用器的透射端连接输出远端法拉第磁旋转反射镜。输出远端波分复用器的公共端通过光纤跳线或传输光缆与输出本地波分复用器的公共端连接。输出本地波分复用器的透射端连接输出3×3光纤耦合器的第五端口，输出本地法拉第磁旋转反射镜连接输出3×3光纤耦合器的第六端口，输出窄线宽激光器连接输出3×3光纤耦合器的第一端口。输出3×3光纤耦合器的第二端口和第三端口分别连接入对应的2个光电探测器(PD3和PD4)，并与控制电路的输入端连接。

输出3×3光纤耦合器第一端口至第三端口，分别连接入输入窄线宽激光器和两个光电探测器，连接入顺序无要求；输出3×3光纤耦合器第四端口至第六连接口，分别连接入输入本地波分复用器透射端和法拉第磁旋转反射镜，还有一端口空置，连接入顺序无要求；但输出3×3光纤耦合器的输入端口和输出端口之间不可连接错。

输入端光纤干涉仪的输入本地波分复用器的反射端与输出端光纤干涉仪的输出本地波分复用器的反射端连接。控制电路的输出端与相位补偿模块的控制端连接。控制电路将输入端光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值与输出端光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值求和后，去控制相位补偿模块进行相位补偿。

在本发明优选实施例中，所述输入远端波分复用器和输入远端法拉第磁旋转反射镜内置于业务信号发射装置的壳体内。所述输出远端波分复用器和输出远端法拉第磁旋转反射镜设置在业务信号接收装置的壳体内。所述输入本地波分复用器、输入本地法拉第磁旋转反射镜、输入光纤耦合器、2个输入光电探测器、输入窄线宽激光器、输出本地波分复用器、输出本地法拉第磁旋转反射镜、输出光纤耦合器、2个输出光电探测器、输出窄线宽激光器、相位补偿模块和控制电路内置于一个独立的光纤相位补偿装置的壳体内。所述输入端光纤干涉仪的输入窄线宽激光器和所述输出端光纤干涉仪的输出窄线宽激光器可以分别采用独立的激光器，也可以共用同一个激光器。在本发明优选实施例中，输入窄线宽激光器和输出窄线宽激光器均为窄线宽激光器。

所述相位补偿模块设置在输入端光纤干涉仪和/或输出端光纤干涉仪的测量臂内。在本发明中，相位补偿模块的设置方式，包括三种方式，这三种方式可以选择任意一种实现相位补偿功能：

当相位补偿模块设置在输入端光纤干涉仪的测量臂内时：相位补偿模块设置在输入端光纤干涉仪的本地波分复用器的公共端和输入端光纤干涉仪的远端波分复用器的公共端之间；

当相位补偿模块设置在输出端光纤干涉仪的测量臂内时：相位补偿模块设置在输出端光纤干涉仪的本地波分复用器的公共端和输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的公共端之间；

当相位补偿模块设置在输入端光纤干涉仪和输出端光纤干涉仪的测量臂内时：相位补偿模块包括2个部分，一部分相位补偿模块设置在输入端光纤干涉仪的本地波分复用器的公共端和输入端光纤干涉仪的远端波分复用器的公共端之间，另一部相位补偿模块设置在输出端光纤干涉仪的本地波分复用器的公共端和输出端光纤干涉仪的远端波分复用器的公共端之间。

本发明对于业务信号光纤传输链路中ROF信号发射端和ROF信号接收端的相位测量盲区光纤采用等长光纤替代法，即令输入端光纤干涉仪和输出端光纤干涉仪的测量臂中非公共光纤段长度与盲区光纤长度一致，从而等效测量盲区光纤的相位漂移。之后，控制电路检测输入端光纤干涉仪和输出端光纤干涉仪的相位漂移之和，并控制相位补偿模块进行相位补偿，这样能够实现业务光信号在光纤链路传输的相位漂移检测误差最小化，提高相位补偿精度。本发明所采用等长光纤替代法，如图2和3所示，共包括三个部分：

一是指输入端光纤干涉仪远端：输入端光纤干涉仪的输入远端法拉第磁旋转反射镜至输入远端波分复用器的光程与业务信号发射端至输入远端波分复用器的光程相等；

二是指输出端光纤干涉仪远端：输出端光纤干涉仪的输出远端法拉第磁旋转反射镜至输出远端波分复用器的光程与业务信号接收端至输出远端波分复用器的光程相等；

三是指输入端光纤干涉仪与输出端光纤干涉仪之间：在输入端光纤干涉仪中，输入本地波分复用器至输入光纤耦合器之间的光程L1，输入本地法拉第磁旋转反射镜至输入光纤耦合器之间的光程L2。在输出端光纤干涉仪中，输出本地波分复用器至输出光纤耦合器之间的光程L4，输出本地法拉第磁旋转反射镜至输出光纤耦合器之间的光程L5。在输入端光纤干涉仪和输出端光纤干涉仪之间，输入本地波分复用器至输出本地波分复用器之间的光程L3。满足L3＝L1-L2+L4-L5；或满足L3＝L1-L2，且L4＝L5；或满足L3＝L4-L5且L1＝L2。

实施例2：

一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器，由1个输入端光纤干涉仪、N个输出端光纤干涉仪、1个控制电路和N个相位补偿模块组成，如图4所示。上述光纤相位补偿器设置在1×N光纤传输链路上，且该1×N光纤传输链路包括1个业务信号(ROF)发射端、1个1×N光纤分路器和N个业务信号(ROF)接收端。业务信号发射端的输出端与1×N光纤分路器的输入端通过光纤光缆连接，1×N光纤分路器的N个输出端分别通过光纤光缆与N个业务信号接收端连接。上述N为大于等于2的正整数。

所述输入端光纤干涉仪为迈克尔逊光纤干涉仪，包括输入远端波分复用器、输入远端法拉第磁旋转反射镜、输入本地波分复用器、输入本地法拉第磁旋转反射镜、输入光纤耦合器、2个输入光电探测器(PD1和PD2)、以及输入窄线宽激光器。在本发明中，输入光纤耦合器为3×3光纤耦合器，其包括6个端口，其中第一至第三端口位于光纤耦合器的一端；第三至第六端口位于光纤耦合器的另一端。输入远端波分复用器包括三个光纤端口，如图2所示，分别为公共端(①端口)、透射端(②端口)、反射端(③端口)，其中透射端传输相位漂移检测激光，反射端传输业务信号，公共端传输上述两种信号的合波信号，计算波分复用器光程的起始点为WDM波片。

输入远端波分复用器的反射端连接业务信号发射端。输入远端波分复用器的透射端连接输入远端法拉第磁旋转反射镜。输入远端波分复用器的公共端通过光纤跳线或传输光缆与本地波分复用器的公共端连接。输入本地波分复用器的透射端连接输入3×3光纤耦合器的第五端口，输入本地法拉第磁旋转反射镜连接输入3×3光纤耦合器的第六端口，输入窄线宽激光器连接输入3×3光纤耦合器的第一端口。输入3×3光纤耦合器的第二端口和第三端口分别连接入对应的2个输入光电探测器(PD1和PD2)，并与控制电路的输入端连接。

输入3×3光纤耦合器第一端口至第三端口，分别连接入输入窄线宽激光器和两个光电探测器，连接入顺序无要求；输入3×3光纤耦合器第四端口至第六连接口，分别连接入输入本地波分复用器透射端和法拉第磁旋转反射镜，还有一端口空置，连接入顺序无要求；但输入3×3光纤耦合器的两侧端口之间不可连接错。

所述N个输出端光纤干涉仪的结构相同，每个输出端光纤干涉仪均为迈克尔逊光纤干涉仪，包括输出远端波分复用器、输出远端法拉第磁旋转反射镜、输出本地波分复用器、输出本地法拉第磁旋转反射镜、输出光纤耦合器、2个输出光电探测器(PD3i和PD4i，i＝1,2…N)、以及输出窄线宽激光器。在本发明中，输出光纤耦合器为3×3光纤耦合器，其包括6个端口，其中第一至第三端口位于光纤耦合器的一端；第三至第六端口位于光纤耦合器的另一端。输出远端波分复用器包括三个光纤端口，如图2所示，分别为公共端(①端口)、透射端(②端口)、反射端(③端口)，其中透射端传输相位漂移检测激光，反射端传输业务信号，公共端传输上述两种信号的合波信号，计算波分复用器光程的起始点为WDM波片。

输出远端波分复用器的反射端连接业务信号接收端。输出远端波分复用器的透射端连接输出远端法拉第磁旋转反射镜。输出远端波分复用器的公共端直连接连接输出本地波分复用器的公共端；或输出远端波分复用器的公共端连接光纤相位补偿器的输出光纤光缆，再通过输出光纤光缆连接输出本地波分复用器的公共端。输出本地波分复用器的透射端连接输出3×3光纤耦合器的第五端口，输出本地法拉第磁旋转反射镜连接输出3×3光纤耦合器的第六端口，输出窄线宽激光器连接输出3×3光纤耦合器的第一端口。输出3×3光纤耦合器的第二端口和第三端口分别连接入对应的2个输出光电探测器(PD3i和PD4i，i＝1,2…N)，并与控制电路的输入端连接。

输出3×3光纤耦合器第一端口至第三端口，分别连接入输入窄线宽激光器和两个光电探测器，连接入顺序无要求；输出3×3光纤耦合器第四端口至第六连接口，分别连接入输入本地波分复用器透射端和法拉第磁旋转反射镜，还有一端口空置，连接入顺序无要求；但输出3×3光纤耦合器的两侧端口之间不可连接错。

输入本地波分复用器的反射端与1×N光纤分路器的输入端连接，1×N光纤分路器的每个输出端分别与每个输出端光纤干涉仪的输出本地波分复用器的反射端连接。控制电路的输出端与相位补偿模块的控制端连接。控制电路将输入端光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值与第i个输出端光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值求和后，去控制第i个相位补偿模块进行相位补偿；上述i＝1,2,……,N。

在本发明优选实施例中，所述输入远端波分复用器和输入远端法拉第磁旋转反射镜内置于业务信号发射装置的外壳内。所述输出远端波分复用器和输出远端法拉第磁旋转反射镜内置于业务信号连接收装置的外壳内。所述输入本地波分复用器、输入本地法拉第磁旋转反射镜、输入光纤耦合器、2个输入光电探测器、输入窄线宽激光器，1×N光纤分路器，N个输出本地波分复用器、N个输出本地法拉第磁旋转反射镜、N个输出光纤耦合器、2N个输出光电探测器、N个输出窄线宽激光器、N个相位补偿模块和控制电路内置于一个独立的光纤相位补偿装置的壳体内。所述输入端光纤干涉仪的输入窄线宽激光器和所示N个输出端光纤干涉仪的输出窄线宽激光器可以分别采用独立的激光器，也可以共用同一个激光器。在本发明优选实施例中，输入窄线宽激光器和输出窄线宽激光器均为窄线宽激光器。

所述N个相位补偿模块设置在N个输出端光纤干涉仪的测量臂内。在本发明中，相位补偿模块的设置方式，包括两种方式，这两种方式可以选择任意一种实现相位补偿功能：

一是设置在每个输出端光纤干涉仪的测量臂内：相位补偿模块包括N个支路相位补偿模块，每个支路相位补偿模块设置在输出本地波分复用器公共端与输出光纤连接器之间。此时相位补偿模块补偿输入端干涉仪和该分支的输出端干涉仪检测的相位漂移之和，这种设置方式能对各个输出支路进行独立相位补偿。

二是设置在输入端光纤干涉仪测量臂内和每个输出端干涉仪测量臂内：相位补偿模块包括两个部分即1个主路相位补偿模块和N个支路相位补偿模块；主路相位补偿模块设置在光纤相位补偿器输入光纤连接器与输入本地波分复用器公共端之间，主路相位补偿模块一般放置大量程相位补偿模块，大量程相位补偿模块用于补偿输入干涉仪和每一个输出干涉仪检测到的相位漂移的大量程部分；每个支路相位补偿模块设置在输出本地波分复用器公共端与光纤相位补偿器输出光纤连接器之间，每个支路相位补偿模块一般放置高精度相位补偿模块，高精度相位补偿模块则用于补偿输入干涉仪和所对应输出干涉仪检测到的相位漂移之和的大量程相位补偿模块剩余的相位漂移部分。

本发明对于业务信号光纤传输链路中ROF信号发射端和ROF信号接收端的相位测量盲区光纤采用等长光纤替代法，即令输入端光纤干涉仪和输出端光纤干涉仪的测量臂中非公共光纤段长度与盲区光纤长度一致，从而等效测量盲区光纤的相位漂移。之后，控制电路检测输入端光纤干涉仪和所有输出端光纤干涉仪的相位漂移之和，并控制相位补偿模块进行相位补偿，这样能够实现业务光信号在光纤链路传输的相位漂移检测误差最小化，提高相位补偿精度。本发明所采用的等长光纤替代法，如图2和5所示，其一共包括三个部分：

一是指输入端光纤干涉仪的远端：输入端光纤干涉仪的输入远端法拉第磁旋转反射镜至输入远端波分复用器的光程与业务信号发射端至输入远端波分复用器的光程相等；

二是指各个输出端光纤干涉仪的远端：输出端光纤干涉仪的输出远端法拉第磁旋转反射镜至对应输出远端波分复用器的光程与业务信号接收端至对应输出远端波分复用器的光程相等；

三是指输入端光纤干涉仪与输出端光纤干涉仪之间：在输入端光纤干涉仪中，输入本地波分复用器至输入光纤耦合器之间的光程L1，输入本地法拉第磁旋转反射镜至输入光纤耦合器之间的光程L2。在每个输出端光纤干涉仪中，输出本地波分复用器至对应输出光纤耦合器之间的光程L41、L42、……、L4N，输出本地法拉第磁旋转反射镜至对应输出光纤耦合器之间的光程L51、L52、……、L5N。在输入端光纤干涉仪和输出端光纤干涉仪之间，输入本地波分复用器经1×N光纤分路器的输入端、1×N光纤分路器的N个输入端、至N个输出本地波分复用器的光程L31、L32、……、L3N。满足L3i＝L1-L2+L4i-L5i；或满足L3i＝L1-L2，且L4i＝L5i；或满足L3i＝L4i-L5i且L1＝L2；其中i＝1,2,……,N。

实施例3

考虑到实际应用中，业务信号发射端和业务信号接收端之间的光纤传输链路的长度较长如超过50km时，若仅在业务信号发射端设置光纤相位补偿器的方式(如实施例1和2)，其对于整个光纤传输链路的补偿效果仍然不佳，因此需要在光纤传输链路的中继段(即中继光纤传输链路)中额外增设中继段的光纤相位补偿器。如图6所示，当中继光纤传输链路为普通的非单向链路时，其可以通过2个中继迈克尔逊干涉仪、中继控制电路和中继相位补偿模块构成该中继段的光纤相位补偿器，此种方式与实施例1类似，此处不再赘述。当中继光纤传输链路为设有单向中继放大器的单向链路时，其可以通过1个中继马赫-曾德尔光纤干涉仪、1个中继迈克尔逊干涉仪、中继控制电路和中继相位补偿模块构成该中继段的光纤相位补偿器，此种方式为本实施例3所描述的重点。采用上述多个光纤相位补偿器相互级联的方式，1000km光纤稳相传输系统可实现瞬时和长期相位漂移补偿误差均小于1ps的补偿精度。

一种高精度光纤干涉仪的光纤相位补偿器，该光纤相位补偿器设置在中继光纤传输链路上，该中继光纤传输链路包括1个中继业务信号输入端和1个中继业务信号输出端，且中继业务信号输入端和中继业务信号输出端之间设有单向中继放大器。

该光纤相位补偿器包括中继端第一光纤干涉仪、中继端第二干涉仪、中继控制电路和中继相位补偿模块；

中继端第一光纤干涉仪为马赫-曾德尔光纤干涉仪。马赫-曾德尔光纤干涉仪由入端光纤耦合器、入端波分复用器，出端解复用器、出端光纤耦合器、参考臂消偏器、测量臂消偏器、2个光电探测器、以及窄线宽激光器组成。入端光纤耦合器至少包括3个端口，其中1个端口位于入端光纤耦合器的一侧，另外2个端口位于入端光纤耦合器的另一侧。在本实施例中，入端光纤耦合器为1×2光纤耦合器。出端光纤耦合器至少包括4个端口，其中2个端口位于入端光纤耦合器的一侧，另外2个端口位于入端光纤耦合器的另一侧。在本实施例中，出端光纤耦合器为3×3光纤耦合器。

中继端第二干涉仪为迈克尔逊干涉仪。迈克尔逊干涉仪各由远端波分复用器、远端法拉第磁旋转反射镜、本地波分复用器、本地法拉第磁旋转反射镜、光纤耦合器、2个光电探测器、以及窄线宽激光器组成。其中光纤耦合器至少包括5个端口，其中2个端口位于该光纤耦合器的一侧，另外3个端口位于光纤耦合器的另一侧。在本实施例中，光纤耦合器为3×3光纤耦合器。

在中继端第一光纤干涉仪中，窄线宽激光器的输出端连接入端光纤耦合器的一侧的1个端口，入端光纤耦合器的另一侧的2个端口分别连接参考臂消偏器的输入端和入端波分复用器的透射端；入端波分复用器的公共端连接中继光纤传输链路的单向中继放大器的输入端，中继光纤传输链路的单向中继放大器的输出端连接出端解复用器的公共端；出端解复用器的透射端连接测量臂消偏器的输入端；参考臂消偏器的输出端和测量臂消偏器的输出端分别与出端光纤耦合器的一侧的2个端口连接；出端光纤耦合器的另一侧的2个端口连接2个光电探测器；2个光电探测器分别连接中继控制电路的输入端。

在中继端第二干涉仪中，远端波分复用器的透射端连接远端法拉第磁旋转反射镜；远端波分复用器的公共端与本地波分复用器的公共端连接；本地波分复用器的透射端和本地法拉第磁旋转反射镜分别与光纤耦合器的一侧的2个端口连接；窄线宽激光器和2个光电探测器分别与光纤耦合器的另一侧的3个端口连接。

中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器的反射端连接中继业务信号输入端，中继端第二干涉仪的远端波分复用器的反射端连接中继业务信号输入端。中继端第一光纤干涉仪的出端解复用器的反射端连接中继端第二干涉仪的本地波分复用器的反射端。

在中继端第一光纤干涉仪的入端光纤耦合器和出端光纤耦合器与中继端第二干涉仪的2个光电探测器连接中继控制电路的输入端，中继控制电路的输出端连接中继相位补偿模块的控制端，中继相位补偿模块设置在中继端第二干涉仪的远端波分复用器的公共端和本地波分复用器的公共端之间的测量臂内，或者中继相位补偿模块设置在中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器和出端解复用器之间的测量臂内。

当中继相位补偿模块设置在中继端第二干涉仪的远端波分复用器的公共端和本地波分复用器的公共端之间的测量臂内时，中继控制电路先将中继端第一光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值乘以2后，再与中继端第二干涉仪所检测的相位漂移检测值求和后，去控制中继相位补偿模块进行相位补偿。当中继相位补偿模块设置在中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器的公共端和出端解复用器的公共端之间的测量臂内，中继控制电路先将中继端第二光纤干涉仪所检测的相位漂移检测值除以2后，再与中继端第一干涉仪所检测的相位漂移检测值求和后，去控制中继相位补偿模块进行相位补偿。

上述方案中，中继端第一光纤干涉仪的窄线宽激光器和中继端第二光纤干涉仪的窄线宽激光器可以共用同一个激光器，也可以分别使用独立的激光器，如图7。中继端第一光纤干涉仪的窄线宽激光器和中继端第二光纤干涉仪的窄线宽激光器也可以由上一级光纤相位补偿器的出端光纤干涉仪引出探测激光并分束给两个干涉仪提供相干光源，替代窄线宽激光器，如图8所示，中继端第一光纤干涉仪的窄线宽激光器从上一级中继光纤传输链路中引出，此时中继端第一光纤干涉仪的窄线宽激光源由1×2光纤耦合器和掺铒光纤放大器构成；其中1×2光纤耦合器的1个输入端口连接上一级光纤相位补偿器的迈克尔逊干涉仪的远端波分复用器的透射端，1×2光纤耦合器的2个输出端口分别连接掺铒光纤放大器的输入端和上一级光纤相位补偿器的远端法拉第磁旋转反射镜，掺铒光纤放大器的输出端形成该窄线宽激光器的输出端，分束为本地两个光纤干涉仪提供相干光源。

在实施例1和2的等长光纤替代的基础上，本实施例3还进一步包括如下等长光纤替代方案：

中继端第一光纤干涉仪的入端光纤耦合器至中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器的透射端的光程L3与中继端第一光纤干涉仪的出端波分复用器的透射端至中继端第一光纤干涉仪的出端光纤耦合器的光程L5之和等于中继端第一光纤干涉仪的参考臂光程，即入端光纤耦合器另一输出端口至出端光纤耦合器另一输入端口的光程L6，即L3+L5＝L6；

中继端第一光纤干涉仪的入端波分复用器的反射端至上一级中继的光纤相位补偿器的迈克尔逊干涉仪的远端波分复用器的反射端的光程L2等于上一级中继的光纤相位补偿器的迈克尔逊干涉仪的远端波分复用器的透射端至上一级中继的光纤相位补偿器的迈克尔逊干涉仪的远端法拉第磁旋转反射镜的光程L1，即L1＝L2；

中继端第一光纤干涉仪的出端解复用器的反射端至中继端第二光纤干涉仪的本地波分复用器的反射端的光程L7等于中继端第二光纤干涉仪的本地波分复用器的透射端至中继端第二光纤干涉仪的光纤耦合器的光程L8减去中继端第二光纤干涉仪的本地法拉第磁旋转反射镜至光纤耦合器的光程L9，即L7＝L8-L9；

中继端第二光纤干涉仪的远端波分复用器的透射端至远端法拉第磁旋转反射镜的光程L10等于中继端第二光纤干涉仪的远端波分复用器的反射端至至业务信号接收端探测器或下一级中继的光纤相位补偿器第一光纤干涉仪的入端波分复用器的光程L11，即L10＝L11。

需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。