專利名稱：偏振模色散補償器的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明一般涉及光傳輸領域。更具體地說(但不是限制)，本發(fā)明涉及光傳輸系統(tǒng)中用于補償一階偏振模色散的方法和裝置。
先有技術說明偏振模色散(PMD)是由于基本空間模中的偏振模簡并性被光纖上小的不對稱應力破壞而發(fā)生的剩余色散。這種色散可能高到足以在包括光纖的光傳輸系統(tǒng)中誘發(fā)眼圖閉合度補償(eye-closurepenalties)。當銳光譜光信號(例如在WDM(波分復用)傳輸中所用的信號)沿光纖傳輸時，所述信號可以描述為包括最快和最慢的偏振模，也稱為主偏振態(tài)(PSP)。這些狀態(tài)之間的微分群延遲因加在光纖上的外部條件的隨機改變(例如，溫度，濕度等的變化)而有所不同。因此，就可觀察到通過光傳輸系統(tǒng)發(fā)送的信號的偏振衰落。
對光傳輸系統(tǒng)中衰落問題的一個建議的解決方案就是總是發(fā)射一種PSP的光線(見T.Ono，S.Yamazaki，H.Shimizu and H.Emura，Polarization Control method for Suppressing Polarization ModeDispersion in Optical Transmission System，Journal of LightwaveTechnology，vol.12，pages 891-898，1994)。但測量和監(jiān)控輸入的PSP需要利用光纖并且在光纖的兩端之間通信，而在許多應用中，這會是個重大的問題。
一般來說，避免光傳輸系統(tǒng)中衰落的現(xiàn)有方法有兩個相關問題主偏振態(tài)的隨機波動和微分群延遲的隨機波動。能部分解決衰落問題的一種已知方法包括將一個形式為單一線性雙折射元件的補償器(例如高雙折射光纖)引入到傳輸系統(tǒng)中，所述元件具有等于光纖的偏振模色散(PMD)的延遲，即，沿光纖的微分群延遲(DGD)的平均值(見T.Takahashi，T.Imai and M.Aiki，Automatic CompensationTechnique for Timewise Fluctuating Polarization ModeDispersion in In-line Amplifier Systems，Electronic Letters，vol.30，no.4，page 348，F(xiàn)ebruary，1994，以及R.Noe，D.Sandel，M.Yoshida-Dierolf和其它人，Polarization Mode DispersionCompensation at 10，20 and 40Gb/s with various OpticalEqualizers，Journal of Lightwave Technology，vol.17，no.9，page1602，September，1999)。偏振變換器使光纖的偏振主模(PSP)與延遲元件的偏振主模相匹配，以便從其中一個的延遲中減去另一個的延遲。
此方法的一個缺點是僅對DGD的平均值作了補償。而且，當光纖的DGD變小時，補償器會實際上降低光傳輸系統(tǒng)的性能。
使用可變延遲元件可以克服這些缺點(例如，見上述R.Noe等人的出版物，以及B.W.Hakki，Polarization Mode DispersionCompensation By Phase Diversity Detection，IEEE PhotonicsTechnology Letters，vol.9，no.1，page 121，January，1997；F.Heismann，D.A.Fishman and d.L.Wilson，Automatic Compensationof First-Order Polarization Mode Dispersion in a 10Gb/sTransmission System，ECOC’98，Madrid，Spain，pages 529-530，September，1998；以及美國專利No.5,930,414)。這種方法仍有一個問題就是如何控制偏振變換器來自動進行軸線的調(diào)節(jié)。一種建議的解決方案涉及在接收器中分離部分光信號并測量其偏振度(見S.Lamp，J-P.Thiery，D.Pennickx，J_P.Hamaide，J-P.Soigne，B.Desthieux，J.Le Briand，L.Mane and P.Gavignet，F(xiàn)ield OpticalPMD Compensation at 10Gb/s Over Installed Fiber Totalling 35psof ECOC 2000，Munich，Germany，pages 207-208，September，2000)。
以上提到的美國專利No.5,930,414提出了對此問題的又一個解決方案。此專利說明了一種自動補償一階PMD的方法和裝置，所述方法和裝置基于在光傳輸系統(tǒng)的末端引入作為可變延遲線的可變雙折射元件。偏振變換器使光纖的輸出主偏振態(tài)對準到可變延遲線的軸線。對準是基于對通過光纖傳播的光信息信號中所含有的多個頻率成分進行幅度測量而自動完成的。此過程避免了控制系統(tǒng)中的多義性，控制系統(tǒng)可以跟蹤偏振狀態(tài)到對應于RF功率局部最大值而不是絕對最大值的情況。
通常，當光傳輸系統(tǒng)的偏振狀態(tài)迅速變化時在許多現(xiàn)有的補償方法中就會發(fā)生問題，且補償器的響應時間極限也限制了它跟隨這些變化的能力。經(jīng)常是，響應時間太長，以致光傳輸系統(tǒng)不能保持其同步。
在各種建議的補償裝置中限制響應時間的主要因素包括裝置的執(zhí)行元件中所用材料的響應時間，以及用來控制裝置工作的算法的復雜性。在這方面，已知的補償裝置通常測量少數(shù)幾個參數(shù)，然后用它們作為給執(zhí)行元件的反饋信號。一般，反饋信號來自于光譜濾波(1/(2T)和1/(4T)的功率信號，其中T是系統(tǒng)時鐘頻率的周期)，誤碼率，或偏振度。例如，在美國專利No.5,930,414中，以同一高頻顫動頻率調(diào)制所有執(zhí)行元件，并且通過檢測到的信號的相位將所述各執(zhí)行元件相互區(qū)別。如果使用多于兩個的執(zhí)行元件，則獨立參數(shù)的數(shù)量必需小于執(zhí)行元件的數(shù)量。如果有三個或三個以上的執(zhí)行元件，使各對執(zhí)行元件同步就可克服此困難。
所以，需要有一種補償光傳輸系統(tǒng)中偏振模色散的方法和裝置，它應能減小裝置中所用執(zhí)行元件的響應時間和降低用來控制裝置的算法的整體復雜性。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種補償光傳輸系統(tǒng)中偏振模色散的方法和裝置，和已知補償裝置相比，它縮短用于裝置中的執(zhí)行元件的響應時間；并且同時降低用來控制所述裝置的算法的復雜性。
按照本發(fā)明的一個方面，用于補償在光傳輸系統(tǒng)的光纖中發(fā)生的偏振模色散(PMD)的裝置包括偏振控制器，用于將光纖傳輸?shù)妮斎牍庑盘柕母髌窠M元變換為正交偏振狀態(tài)；可變延遲線，用于在各偏振狀態(tài)之間引入可變差分時延并用于產(chǎn)生對其在光纖的PMD方面進行了補償?shù)妮敵龉庑盘?；以及反饋單元，用于調(diào)節(jié)偏振控制器和可變延遲線，以便對光纖中PMD的變化進行調(diào)節(jié)，反饋單元包括用于產(chǎn)生多個獨立控制信號的裝置，所述多個獨立控制信號用于獨立地控制偏振控制器和可變延遲線的各執(zhí)行元件。
在本發(fā)明中，獨立控制信號與PMD補償裝置的每個執(zhí)行元件相關聯(lián)。因此，可以使所有執(zhí)行元件同時工作，這顯著地縮短了補償裝置的整體響應時間。因此，本發(fā)明的補償裝置能更好地跟蹤光纖PMD的快速變化并對其進行調(diào)節(jié)。
按照本發(fā)明目前的優(yōu)選實施例，用于產(chǎn)生多個獨立控制信號的裝置包括檢測器，用于將部分輸出信號變換為電信號；以及多參數(shù)測量處理器，用于處理電信號以調(diào)節(jié)裝置中的執(zhí)行元件。多參數(shù)測量處理器包括分離器，用于將電信號分成兩個信號；一對頻譜濾波器，用于以F1和F2對所述兩個電信號進行濾波，這一對頻率在系統(tǒng)工作的頻譜帶寬內(nèi)，且F1＜F2(最好是0.5F2≤F1≤0.7F2)；以及檢測器，用于將濾波后的電信號轉(zhuǎn)換成高頻顫動信號。在分離器每個支路中的電濾波和檢測提供了多個強度信號，每個強度信號處于一個不同的高頻顫動頻率。然后檢測和處理每個高頻顫動信號的強度和相位，以便確定每個執(zhí)行元件所需的調(diào)節(jié)。
按照本發(fā)明的又一個方面，提供一種控制算法，它使用檢測到的高頻顫動信號的強度和相位來確定用于調(diào)節(jié)每個執(zhí)行元件的控制信號，根據(jù)適當定義的相應的高頻顫動信號強度的函數(shù)來進行每次調(diào)節(jié)。
結合對本發(fā)明目前優(yōu)選實施例的以下詳細說明，本發(fā)明的其它優(yōu)點和具體細節(jié)將變得顯而易見。
附圖簡要說明
圖1是示意地說明按照本發(fā)明目前優(yōu)選實施例的包括偏振模色散(PMD)補償裝置的光傳輸系統(tǒng)的方框圖；圖2是說明圖1的PMD補償裝置的多參數(shù)數(shù)據(jù)獲取裝置的細節(jié)的方框圖；以及圖3是說明按照本發(fā)明又一實施例的補償光傳輸系統(tǒng)中PMD的方法步驟的流程圖。
目前優(yōu)選實施例的詳細說明圖1是示意地說明按照本發(fā)明目前優(yōu)選實施例的包括偏振模色散(PMD)補償裝置的光傳輸系統(tǒng)的方框圖。光傳輸系統(tǒng)概括地用標號10表示并且包括B Gb/s光發(fā)射器12，其中B是系統(tǒng)的時鐘頻率；B Gb/s光接收器14；以及用于將光信號從發(fā)射器傳送到接收器的光纖16。
PMD補償裝置概括地用標號20表示，其作用是對通過光傳輸系統(tǒng)10的光纖16傳輸?shù)墓庑盘栔械囊浑APMD進行補償。PMD補償裝置20被包括在發(fā)射器和接收器之間的光傳輸系統(tǒng)中，通常它包括自動偏振控制器22；可變延遲線24；以及用于調(diào)節(jié)自動偏振控制器22和可變延遲線24的反饋單元25，以便對光纖16的PMD中的變化進行調(diào)節(jié)。反饋單元25通常包括光耦合器26、光電檢測器28和多參數(shù)數(shù)據(jù)獲取裝置30。
偏振控制器22將發(fā)射器12發(fā)射的并由光纖16傳輸?shù)墓庑盘柕母髌窠M元變換為正交偏振狀態(tài)，而可變延遲線24包括線性可變雙折射元件，用于在所述各偏振狀態(tài)之間引入可變差分時延，并在線27上產(chǎn)生發(fā)送到接收器14的輸出光信號。通過適當調(diào)節(jié)發(fā)生在控制器22中的偏振變換和發(fā)生在可變延遲線24中的時延，PMD補償裝置20有效地補償了光纖16中的PMD效應，因而輸出信號27將基本上沒有由光纖16中發(fā)生的差分時延引起的失真。
但是，與可變延遲線24串聯(lián)的偏振控制器22還不足以單獨地適應例如可能因加到光纖上的外部條件的隨機改變而引起的光纖中PMD的變化。因此，提供反饋單元25來自動調(diào)節(jié)發(fā)生在控制器22中的偏振變換和可變延遲線24中的差分時延，以便針對這些變化自動調(diào)節(jié)補償裝置20。實際上，反饋單元監(jiān)控輸出信號27中的失真量并調(diào)節(jié)偏振變換和差分時延，以減小輸出信號中的失真。
但如前所述，光纖的偏振狀態(tài)常常非?？焖俚刈兓?，為了能夠有效地工作，任何補償裝置必須能夠跟隨這些變化。這種快速的變化例如可能由于例如在維護時偶爾觸及終端未捆綁成電纜的光纖軟線而引起。按照本發(fā)明，PMD補償裝置20能夠跟隨光纖16中偏振狀態(tài)的快速變化，并利用簡單的算法來調(diào)節(jié)可變延遲線24。按照本發(fā)明，這是通過使一個獨立的反饋信號與裝置的每個執(zhí)行元件相關聯(lián)來實現(xiàn)的。
具體地說，如圖1所示，偏振控制器22包括四個執(zhí)行元件，所述四個執(zhí)行元件包括四個波片42、44、46和48，當然，如果需要，控制器可以包括多于四個執(zhí)行元件。每個波片最好利用一根標準的光纖構成，所述標準光纖是利用壓電多層執(zhí)行元件(例如Thorlabs，Inc.制造的，型號為AE0203D08的壓電多層執(zhí)行元件)擠壓(squeeze)而成的，并且具有2.5μs的響應時間。偏振控制器可以例如類似于美國專利No.4,753,507中所述，但在本文描述的本發(fā)明的目前優(yōu)選實施例中，所述裝置包括四個波片，分別調(diào)整在22.5°、0°、45°和0°?？梢园讯ㄎ辉?7.5°的第五執(zhí)行元件加到和其它四個執(zhí)行元件相同的參考軸線上。每個波片所使用的高頻顫動信號具有很低的調(diào)制指數(shù)，所以只能在所述裝置中感知偏振狀態(tài)的相應變化，而系統(tǒng)卻不能感知所述偏振狀態(tài)的變化。也可使用其它偏振控制裝置，條件是將高頻顫動信號疊加到控制信號上。
可變偏振延遲線24包括執(zhí)行元件，所述執(zhí)行元件包括單波片50，也可采用其他形式。例如，美國專利No.5,930,414中描述的可變延遲線適用于本發(fā)明的PMD裝置?？勺冄舆t線可以包括在雙折射光纖不同點上的多個PZT執(zhí)行元件，在各PZT執(zhí)行元件之間有任意間隔，以便獲取不同波長的不同DGD。按照本發(fā)明目前優(yōu)選實施例的另一解決方案是利用單根雙折射光纖，中間壓入單個PZT執(zhí)行元件，其壓力與雙折射軸線成45°。這將產(chǎn)生可從零變到雙折射光纖全長的微分群延遲(DGD)的延遲。
從補償裝置20輸出的部分光信號27被耦合器26分離，并用作反饋信號。所述反饋信號用線32表示，它包含有關輸出信號的頻譜信息。信號32由光電檢測器28檢測，并產(chǎn)生與光信號32成正比的電信號34；電信號34被引導到多參數(shù)數(shù)據(jù)獲取裝置30。
多參數(shù)數(shù)據(jù)獲取裝置30在圖2中詳細示出，它處理電信號34，以便啟動波片42、44、46和48，按照對光纖16中PMD的變化進行補償所需要的來調(diào)節(jié)偏振控制器22和可變延遲線24。如圖2所示，來自光電檢測器28的電信號34首先進入低噪聲放大器(LNA)52，然后由分離器54分成信號56和58。信號56和58然后通過頻譜濾波器60和62，所得已濾波電信號64和66分別由檢測器68和70檢測。頻譜濾波器60用于以F1進行濾波，頻譜濾波器62用于以F2進行濾波。在以F2進行濾波的情況下，可以用帶通濾波器或高通濾波器；而在以F1進行濾波的情況下，可以用帶通濾波器。在分離器54每個支路中的電濾波產(chǎn)生5個強度信號I1，I2，I3，I4和I5，它們的頻率分別為f1，f2，f3，f4和f5，如圖2所示。這些反饋信號允許將光纖16快速輸出的主偏振態(tài)(PSP)與可變延遲線24的慢速輸入PSP對準，因而調(diào)節(jié)延遲線24的延遲。
以F1和F2進行的電濾波為偏振控制器的每個波片提供兩個反饋信號，并為可變延遲線24提供一個附加的反饋信號。利用以f1，f2，f3，f4，和f5傳輸?shù)男畔?，有可能將系統(tǒng)的PSP與可變延遲線的反PSP對準。利用調(diào)制頻率信號最小化準則，使系統(tǒng)的快速PSP與延遲線的慢速PSP對準，或反之亦然。當高頻顫動信號強度I1，I2，I3，I4和I5達最小值時，將對光傳輸系統(tǒng)進行補償。
利用例如鎖定放大器或數(shù)字信號處理器(DSP)檢測每個頻率中的反饋信號強度和相位；一種會聚算法利用具有頻率f1，f2，f3，f4和f5的信號的強度和相位確定用于每個波片的反饋信號。DSP和會聚算法通常在圖2中表示為數(shù)據(jù)獲取-多參數(shù)測量處理器76。
PMD補償算法首先將對應于F1濾波器的信號強度減至最小，然后利用來自F2濾波器的反饋信號改善此處理過程。這些準則保證所述裝置不會處于局部最小值情況。利用每個波片的高頻顫動信號的強度和相位，就可知道要加到每個波片上的校正的信號。通過同時校正所述裝置的所有波片來顯著縮短裝置的響應時間。為了獲得穩(wěn)定的相位信息，用于每個波片的高頻顫動信號可以由同一DSP時鐘合成器產(chǎn)生。所述控制算法利用每個高頻顫動信號的強度和相位來定義用于每個波片的校正信號，以高頻顫動信號強度的預定函數(shù)的形式來計算所述校正。用于自動偏振控制器22的四個波片42、44、46和48的校正信號在圖1和圖2中用箭頭78表示，用于可變延遲線24的波片50的校正信號在圖2中用箭頭80表示。
圖3是說明按照本發(fā)明的又一實施例對光傳輸系統(tǒng)中PMD進行補償?shù)姆椒ú襟E的流程圖。如圖中所示，來自補償裝置的部分輸出信號被分離為反饋光信號(步驟102)。反饋信號隨后被轉(zhuǎn)換為電信號(步驟104)。電信號被分成兩個信號(步驟106)，這兩個信號分別由頻譜濾波器在F1和F2濾波(步驟108)。然后檢測濾波信號(步驟110)，以提供多個高頻顫動強度信號，每個信號有不同的頻率。然后所述高頻顫動強度信號用來定義多個控制信號，以便獨立地調(diào)節(jié)補償裝置的多個執(zhí)行元件，以調(diào)節(jié)光傳輸系統(tǒng)的PMD(步驟112)。
一般說來，利用按照本發(fā)明的多參數(shù)數(shù)據(jù)獲取裝置和控制算法，可以改善補償裝置20的響應時間，因為獨立的反饋信號允許同時激勵所有的多個波片。與典型的已知的PMD補償裝置相比較，本發(fā)明利用壓電執(zhí)行元件以及簡單的控制算法就能進行無復位偏振控制和PMD補償。
應理解，在本說明書中用的“包括”是指所述特征、整體、步驟或部件的存在，但并不排除存在或增加一個或多個其它特征、整體、步驟或部件或它們的組合。
雖然以上所作說明構成了本發(fā)明目前的優(yōu)選實施例，但應理解，可以以許多方式來改變本發(fā)明而不偏離其范圍。所以，應認識到，本發(fā)明僅受以下權利要求書范圍的限制。
權利要求
1.一種用于對在光傳輸系統(tǒng)的光纖中發(fā)生的偏振模色散進行補償?shù)难b置，它包括偏振控制器，用于將所述光纖傳輸?shù)墓庑盘柕母髌窠M元變換為正交偏振狀態(tài)；可變延遲線，用于在所述各偏振狀態(tài)之間引入可變差分時延并用于產(chǎn)生對其進行了光纖偏振模色散補償?shù)妮敵龉庑盘枺灰约胺答亞卧?，用于調(diào)節(jié)所述偏振控制器和所述可變延遲線，以便對所述光纖中所述偏振模色散的變化進行補償，所述反饋單元包括用于產(chǎn)生多個獨立控制信號以獨立地控制所述偏振控制器和所述可變延遲線的執(zhí)行元件的裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述反饋單元同時控制所述各執(zhí)行元件。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于由多個不同頻率的高頻顫動信號提供所述多個控制信號。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述產(chǎn)生多個獨立控制信號的裝置包括檢測器，用于將所述輸出信號的一部分變換為電信號；以及多參數(shù)測量處理器，用于處理所述電信號以調(diào)節(jié)所述裝置中的所述執(zhí)行元件，多參數(shù)測量處理器包括分離器，用于將所述電信號分成兩個信號；一對頻譜濾波器，用于分別在F1和F2對所述兩個電信號進行濾波；以及檢測器，用于將所述濾波后的電信號轉(zhuǎn)換成高頻顫動信號，所述高頻顫動信號各自處于不同的頻率，然后檢測和處理每個所述高頻顫動信號的強度和相位，以便確定用于獨立調(diào)節(jié)每個所述執(zhí)行元件的控制信號。
5.如權利要求3所述的裝置，其特征在于所述偏振控制器包括至少四個執(zhí)行元件，并且所述可變延遲線包括至少一個執(zhí)行元件。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于所述偏振控制器和所述可變延遲線的每個所述執(zhí)行元件包括波片。
7.如權利要求5所述的裝置，其特征在于所述可變延遲線包括單根雙折射光纖，在所述雙折射光纖的中間以與雙折射軸線成45度角的壓力壓入單個壓電執(zhí)行元件，以便產(chǎn)生從零到所述雙折射光纖全長的微分群延遲變化的延遲。
8.如權利要求5所述的裝置，其特征在于所述可變延遲線包括在所述雙折射光纖的不同點上的多個壓電執(zhí)行元件，所述各壓電執(zhí)行元件之間有任意間隔，以便獲取不同波長的不同微分群延遲。
9.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述偏振控制器中的每個壓電執(zhí)行元件以不同頻率作高頻顫動，以便識別向校正信號提供幅度和相位信息的每個執(zhí)行元件。
10.一種用于補償在光傳輸系統(tǒng)的光纖中發(fā)生的偏振模色散的方法，所述方法包括將所述光纖傳輸?shù)墓庑盘柕母髌窠M元變換為各正交偏振狀態(tài)；在所述偏振狀態(tài)之間引入差分時延，以便產(chǎn)生對其進行了所述光纖的偏振模色散補償?shù)妮敵龉庑盘?；以及調(diào)節(jié)所述偏振控制器和所述可變延遲線，以便對所述光纖中所述偏振模色散的變化進行補償，所述調(diào)節(jié)步驟包括用獨立的控制信號獨立地控制所述偏振控制器和所述可變延遲的執(zhí)行元件。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于所述獨立控制所述執(zhí)行元件的步驟包括同時控制所述各執(zhí)行元件。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于所述獨立控制所述執(zhí)行元件的步驟包括由多個不同頻率的高頻顫動信號獨立地控制所述各執(zhí)行元件。
13.如權利要求10所述的方法，其特征在于所述產(chǎn)生多個獨立控制信號的步驟包括將所述輸出信號的一部分變換為電信號；以及處理所述電信號以便調(diào)節(jié)所述裝置中的所述執(zhí)行元件，所述處理步驟包括將所述電信號分成兩個信號；分別在F1和F2對所述兩個電信號進行濾波；以及將所述濾波后的電信號轉(zhuǎn)換成高頻顫動信號，所述各高頻顫動信號各自具有不同的頻率，然后檢測和處理每個所述高頻顫動信號的強度和相位，以便確定用于獨立地調(diào)節(jié)每個所述執(zhí)行元件的控制信號。
全文摘要
用于補償光傳輸系統(tǒng)中的一階偏振模色散的方法和裝置。所述裝置具有偏振控制器，用于將光纖傳輸?shù)墓庑盘柕母髌窠M元變換為正交偏振狀態(tài)；可變延遲線，用于在各偏振狀態(tài)之間引入可變差分時延并且用于產(chǎn)生對其進行了光纖PMD補償?shù)妮敵龉庑盘?；以及反饋單元，用于調(diào)節(jié)偏振控制器和可變延遲線，以便對光纖的PMD的變化進行補償，反饋單元包括用于產(chǎn)生多個獨立控制信號以便獨立地控制偏振控制器和可變延遲線的各執(zhí)行元件的裝置。本發(fā)明縮短了執(zhí)行元件的響應時間并減少了用于控制所述裝置的算法的復雜性。
文檔編號G02B6/34GK1633764SQ02829141
公開日2005年6月29日 申請日期2002年6月12日 優(yōu)先權日2002年4月18日
發(fā)明者J·P·馮德維德, L·C·B·利納雷斯, G·V·德法里亞 申請人:艾利森電訊公司