用于偏振測量的方法和設備的制作方法

專利名稱：用于偏振測量的方法和設備的制作方法
本申請要求對于標題為“用于偏振測量的方法和設備”、提出于2000年8月25日的美國臨時申請60/228,265的優先權，該臨時申請通過參考作為整體包括在這里。
本申請涉及標題為“包括在線長波靈敏偏振計的系統”、提出于2000年8月30日的美國臨時申請60/229,129的優先權，該臨時申請通過參考作為整體包括在這里。
本發明涉及一種用于偏振測量的方法和設備，更具體地說，涉及在波長分隔多路復用系統中用于光學信號的頻率分解偏振測量的一種方法和設備。
對于纖維網絡中傳輸能力提高和對于用于高位速率系統的每位低成本的需要，要求單通道位速率的連續改進。在每通道40Gb/秒的位速率下的電氣時分復用(ETDM)系統可在市場上買到，并且已經證明提供每通道160Gb/s位速率的光學時分復用(OTDM)系統。
除象色散或非線性脈沖傳播之類的其他傳輸損害之外，在這些超高時分多路復用(TDM)系統能在顯著多根安裝的纖維上實施之前，偏振模式分散(PMD)仍然是要克服的一個障礙。幾種不同的PMD補償和減輕技術已經提出，并且部分被證明。他們一般能根據基于系統的電氣或光學領域來分類。電氣減輕技術在成本和尺寸方面具有優點。然而，來自電氣技術的性能改進一般沒有借助于光學補償技術可實現的大。
例如，光學技術能設計成位速率和獨立格式。可以使用光學信號的偏振分量測量，以便使用光學技術實施PMD補償。
除PMD補償之外，簡單極化監視也是在采用偏振多路復用的未來網絡中的一個重要特征。而且，對于對偏振靈敏接收器的的信號偏振適用也需要偏振測量。
本發明一般涉及用于偏振測量的一種方法和設備。使用包括一個偏振控制器、一個偏振鏡、一個波長分散元件、及一個光電探測器的一個檢偏振鏡，能確定光學信號的偏振狀態。
在一個實施例中，光電探測器是一個光電二極管陣列。為了確定光學信號的偏振狀態，對于偏振控制器的不同設定值作為在光學信號內的波長的函數，進行光學功率測量。該方法能應用于在波長分隔多路復用(WDM)系統中的偏振和偏振模式分散確定。
通過考慮結合附圖的如下詳細描述，能容易理解本發明的講授，在附圖中

圖1是一種常規檢偏振鏡的示意表示；圖2是根據本發明一個實施例的一種檢偏振鏡的示意表示；圖3A-C是分散光學信號的多通道檢測的示意表明；圖4是根據本發明一個實施例的偏振測量方法的流程圖；圖5是包括本發明一個實施例的傳輸系統的示意表示；圖6是本發明一種檢偏振鏡的一個例子的示意說明；及圖7是本發明一種檢偏振鏡的一個例子的示意說明。
為了便于理解，在可能的地方，相同的標號用來指示對于諸圖公共的相同元件。
本發明提供一般用來測量光學信號的偏振狀態的一種方法和一種設備。使用包括一個偏振控制器、一個偏振鏡、一個波長分散元件、及一個光電探測器的一個檢偏振鏡(或偏振計)，能進行偏振測量。在一個實施例中，通過測量光學信號的Stokes向量分量得到寬帶光學信號的偏振狀態和功率。
該方法和設備也能應用于偏振模式分散(PMD)測量。例如，本發明的實施例能應用于偏振的和在波分多路復用(WDM)系統的纖維鏈路中的PMD的在線測量，而沒有數據交通中斷。通過分析在接收器輸入處的光學信號的偏振的頻率依賴性，能確定用于對應頻率間隔的WDM通道的PMD特征。PMD測量的結果能用來導出PMD補償參數。要不然，通過使用檢偏振鏡測量WDM信號的偏振程度(DOP)，也能實施PMD補償。盡管結合任何類型的PMD補償器能實施本發明，但它特別良好地適用于帶有光學補償器的用途。
圖1是一種常規偏振計100，例如從加里福尼亞的Palo Alto的Hewlett-Packard得到的型號HP 8509A，的示意表示。這種偏振計100的細節公開在標題為“用來測量在光學器件中的偏振模式分散的方法和設備”的美國專利5,227,623中，該專利通過參考作為整體包括在這里。
一個具有要確定的偏振狀態的光學信號150經一個光學連接器102聯接到偏振計100上。光學信號150引導到一個球面鏡104上，并且由球面鏡104的四個可調節四分體分裂成四個分量A、B、C和D。如圖1中所示，四個分量的三個(A、B和C)聯接到相應的偏振鏡P1、P2和P3中。在進入偏振鏡P1之前，光學信號分量之一，例如A，通過一個波片106。波片106用來顛倒信號分量A的偏振狀態。每個偏振鏡P1、P2和P3設置到不同方位，從而在通過相應的偏振鏡之后，由A′、B′和C′指示的光學分量的特征在于不同的偏振分量。
四個光學信號分量A′、B′、C′和D的強度或功率使用光電二極管PD1、PD2、PD3和PD4測量。沒有由任何偏振鏡濾波的第四分量的功率直接由光電二極管PD4測量。光電二極管PD1、PD2、PD3和PD4提供四個輸出光電流I1、I2、I3和I4，這些電流與相應光學信號分量A′、B′、C′和D的測量功率成比例。其特征在于輸入光學信號150的Stokes參數，能通過使用在先有技術中已知的技術分析光電流I1、I2、I3和I4而確定。
圖2是根據本發明一個實施例的一種檢偏振鏡200的示意表示。檢偏振鏡200包括一個偏振控制器202、一個偏振鏡204、一個波長分散元件206、及一個光電探測器208。
偏振控制器202用來進行一個到來光學信號250的限定偏振轉換。不同類型的偏振控制器202可以用來實踐本發明的各種實施例，包括機械的、機電的及光電器件。一般地，機械器件與光電器件相比往往較慢。因此，光電偏振控制器，例如鈮酸鋰基器件，是希望的，因為他們允許以較高速度，例如在MHz量級上，進行偏振狀態轉換。
在一個實施例中，偏振鏡204是一個線性偏振鏡，并且選擇成在光學信號250的一個波長區域內操作。
波長分散元件206用來把光學信號250分散或分離成其在從λmin至λmax波長范圍內的頻譜分量，其中λmin和λmax指示用于光學信號250的頻譜范圍的下和上波長極限。根據其波長，不同的頻譜分量分散成不同的角度。應該注意，波長λi和λj用來指示其特征在于中心波長λi和λj的頻譜分量，盡管每個頻譜分量的特征可以進一步在于繞中心波長的頻譜范圍。
檢偏振鏡200一般適用于具有單色或寬帶頻譜的輸入光學信號的偏振測量。對于WDM用途，光學信號250典型地具有駐留在繞1.3μm、1.8μm和800μm區域的電信窗口中的頻譜。原則上，檢偏振鏡200能適用于這些信號波長區域。
波長分散元件206應該具有大得足以包容光學信號250的帶寬的帶寬。在一個實施例中，波長分散元件206是一個光柵，例如一個衍射光柵，具有約32nm的帶寬和約0.1nm的頻譜分辨率。也可以使用其他類型的波長分散元件206，例如纖維光柵、棱鏡或掃描波長測定儀。一般地，最好波長分散元件206不涉及機械掃描，以便具有提高的可靠性和用于寬帶信號偏振測量的增大速度。
參照圖2，光學信號250的、作為波長的函數在空間分離的分散頻譜分量(λi、λj、…)，由一個光電探測器208檢測。在一個實施例中，光電探測器208是一個光電二極管陣列，它包括用來檢測光學信號250的分散頻譜分量(λi、λj、…)的一系列象素。光電二極管陣列208的一個例子是光學通道監視器，它能用于波長、功率及光學信噪比(OSNR)測量。光學通道監視器的細節已經公開在標題為“用來監視多波長光學系統的方法和設備”、發布于2000年6月20日的美國專利6,078,709；和標題為“包括一個選擇性波導開關的制品”、發布于1999年12月14日的美國專利6,002,822中，這兩個專利通過參考包括在這里。要理解，其他光電二極管或光學通道監視器也可以適用于實施本發明的實施例。如果檢偏振鏡200用來測量單色光學信號的偏振，那么一個單光電探測器或光電二極管也可能足夠了。
對于WDM用途，檢偏振鏡200的頻譜分辨率是一個重要的設計參數，檢偏振鏡200的頻譜分辨率由波長分散元件206和光電二極管陣列208的組合分辨率確定。為了進行對應于不同頻譜分量的頻率敏感(或波長依賴)偏振測量，檢偏振鏡200的分辨率應該高得足以保證，分辨頻率間隔足夠小，從而Stokes向量在分辨率間隔內基本上保持恒定。一般地，適當的分辨率取決于對于偏振測量希望的精度，并且可以根據特定需要或用途改變。要理解，熟悉本專業的技術人員對于特定用途選擇一種在可接收極限內提供測量的分辨率。
圖3A示意表明由光電二極管陣列208的不同象素或通道(PXi、PXj、PXk、…)檢測分散頻譜分量。對于足夠高的分辨率，探測器陣列208的每個象素檢測光學信號250的頻譜的一部分，該部分對應于足夠窄從而在Stokes向量或偏振沒有明顯變化的頻譜分量。如圖3A中表明的那樣，頻譜分量λi、λj、λk(每個具有其有關頻譜范圍Δλi、Δλj、Δλk)，分別由相鄰象素PXi、PXj和PXk檢測。如果用于頻譜分量λi、λj、λk的Stokes向量基本上在其相應頻譜范圍內保持恒定，則由象素PXi、PXj和PXk檢測的光學功率與用于相應頻譜分量的偏振參數有關。
相反，圖3B示意表明用檢偏振鏡200的不足分辨率檢測分散頻譜分量。如圖3B中所示，光電二極管陣列208的一個象素301同時檢測幾個頻譜分量λi、λj、λk，每個具有稍微不同的偏振向量Si、Sj、Sk。每個頻譜分量的強度(或成分)，如由象素301檢測的那樣，由波長分散元件206的濾波功能確定。因而，代之以檢測來自與特定頻譜分量對應的一種偏振狀態的信號成分，象素301測量具有比一小的偏振程度(DOP)的平均偏振狀態。DOP描述不同頻譜分量的偏振向量如何在一個象素的波長分辨率內相對彼此對齊。如果偏振向量安全對齊，那么DOP處于一的最大值。然而，如果偏振向量不完全對齊，那么DOP小于一。
圖3C表明其中頻譜分量λi、λj的每一個由光電二極管陣列208的幾個探測器象素檢測的又一種情況。在該例子中，頻譜分量λi由三個象素303、305和307檢測；而頻譜分量λj由三個象素307、309和311檢測。由于象素303、305、309和311包含來自僅一個頻譜分量λi或λj的信號成分，所以來自這些象素的光電流(例如303與305之和及309與311之和)與用于各個頻譜分量λi、λj的信號強度成比例。盡管來自象素307的光電流包含來自兩個頻譜分量λi和λj的成分，但使用適當的信號處理技術，仍有可能提取用于對頻譜分量λi和λj的偏振狀態確定的各個信號成分。
一般地，對于WDM用途，檢偏振鏡200應該具有足夠的分辨率，以避免在其中偏振或光學功率能顯著變化的波長間隔上的偏振平均。例如，最好避免在一個象素內的偏振平均，如表明在圖3B中偏振、或在相鄰WDM通道的信號帶寬內的至少一個。
偏振測量的方法使用圖2的檢偏振鏡200通過測量與偏振控制器202的幾種不同偏振轉換對應的光學信號的功率，能確定光學信號的偏振狀態。
圖4是根據一個實施例的偏振測量方法的流程圖。在該實施例中，測量用于光學信號的頻譜分量的Stokes向量，并且光學信號的偏振狀態和光學功率都能由Stokes分量確定。
該方法一般能應用于具有不同頻譜范圍的各種光學信號。例如，光學信號可以具有在1.55μm區域中的波長范圍，如在WDM系統中使用的一種。要不然，光學信號可以具有在其他波長區域中的寬帶頻譜。而且，該方法也可以用于單色光學信號。
在步驟401，特征在于要確定的任意偏振狀態的輸入光學信號，發射到檢偏振鏡200中。在步驟403，偏振控制器202設置到一個第一位置，并且把光學信號從其任意偏振狀態轉換到一個變換偏振狀態PC1。
在步驟405，把光學信號引導到線性偏振鏡204，偏振鏡204設置在一個固定方位以定義一根用于離開光學信號的偏振軸線。
在步驟407，把離開偏振鏡204的光學信號引導到波長分散元件206，波長分散元件206分散光學信號250的頻譜作為波長的函數。一般地，光學信號250的分散頻譜可以對應于連續的波長，或者對應于由與分離信道對應的波長組成的頻譜。在任一種情況下，分散頻譜能認為是由不同的頻譜分量組成的，每個頻譜分量的特征在于中心波長和有關的頻譜范圍(或頻譜寬度)。在WDM光學信號的情況下，頻譜分量的一個或多個可以對應于WDM系統的各個光學通道。
在步驟409，頻譜分量的光學功率由諸如光電二極管陣列之類的光電探測器208測量。空間分離頻譜分量的每一個可以引導到光電二極管陣列208的一個或多個象素。一個與檢測頻譜分量的光學功率成比例的光電流產生在光電二極管陣列208中。對于光學信號的相應頻譜分量的測量光電流的數值可以存儲在用于計算光學信號的Stokes分量的存儲器或處理器中。
在對于WDM用途實施本發明時有兩個方面。一個方面涉及波長依賴偏振的測量(即對于具有非零PMD的信號)，在這種情況下，與一個WDM通道對應的、可以包括幾個頻譜分量的每個信號，表明幾個象素(即由其檢測)。然而，光電二極管陣列的至少一些象素應該每個主要檢測一個在其內Stokes向量基本保持恒定的頻率或波長范圍，以便避免偏振平均。
另一個方面涉及測量光學信號的偏振程度(DOP)。在這種情況下，與WDM通道對應的每個信號照亮在光電二極管陣列中的僅一個象素就足夠了(即使偏振狀態在一個WDM通道的帶寬內變化)，只要沒有與兩個WDM通道對應的兩個信號照亮相同象素。然而，能由波長分散元件限制的檢偏振鏡的分辨率，應該至少高得足以避免在不同WDM通道之間的偏振平均。在實施本發明的任一方面，選擇分辨率，以對于特定用途提供在可接收容限內的測量。
如在步驟411中所示，借助于設置到至少三個其他位置的偏振控制器202，以后進行類似的光學功率測量，這三個位置的每一個不同于第一位置并且彼此不同。一般地，在根據本發明的方法進行偏振測量時，四個位置的多個不同組合可以用于偏振控制器202。例如，偏振控制器202的四個設置值的一種可能組合可以包括把具有橫電波(TE)模的信號發射到偏振控制器202中。偏振控制器202可以順序設置以產生四個輸出或變換偏振狀態。如果使用用來描述信號偏振狀態的Stokes向量的Poincare球表示，那么這四個變換偏振狀態應該在Poincare球上最好具有彼此相離的最大空隙，例如形成一個四面體。
對于頻譜分量的每一個，使用在先有技術中已知的關系，可以分析與偏振控制器202的四個位置對應的測量光學功率，以產生或計算Stokes向量分量、或Stokes參數，這些參數描述光學信號的偏振和光學功率。
一般地，四次功率測量涉及通過一個4×4矩陣的四個Stokes參數，該矩陣稱作校準或儀器矩陣，可以由在先有技術中已知的校準過程確定。適當校準過程的細節已經由R.M.A.Azzam在“在線、節光光偏振計和其纖維光學模擬”，Optics Letters，Vol.12，No.8，pp.558-560，1987中描述，該文章通過參考作為整體包括在這里。依據波長分散元件，或在偏振控制器、偏振鏡與波長分散元件之間的光學聯接，對于每個探測器象素，校準矩陣可以潛在地不同。一旦已經確定校準矩陣，通過把由每個探測器象素產生的四次功率測量與用于探測器象素的對應校準矩陣相乘，能得到四個Stokes參數。
然后可以由Stokes參數確定與頻譜分量對應的偏振狀態。要注意，與至少四個變換偏振狀態PC1、PC2、PC3和PC4對應的功率測量(對應于偏振控制器202的四個位置)是必需的，以提供確定由Stokes向量描述的原始偏振狀態和輸入光學信號功率的足夠數據。不排除另外的測量，即與多于四個變換偏振狀態相對應的測量，盡管他們不是必需的。
要理解，圖4的方法僅表明檢偏振鏡200的一種用途。因而，檢偏振鏡200也可以用在不需要與偏振控制器202的四個不同設置值相對應的測量的其他用途中。例如，如果不需要輸入光學信號的功率，那么少于四次測量可能足以提供用于光學信號的偏振或其他要求信息。因而依據要求的特定信息，通過產生與偏振控制器202的不同位置(可以大于或小于四)對應的不同數量的變換，檢偏振鏡200一般能用于各種光學測量。
下面提供幾個例子，以進一步表明能用來實施本發明的不同偏振變換。
例1圖6是檢偏振鏡600的示意說明，它包括一個偏振控制器602、一個偏振鏡608、一個波長分散元件610、及一個光電探測器陣列612。在該例子中，偏振控制器602包括一個半波板604和一個四分之一波板606。一個具有某一偏振狀態的光學信號650通過半波板604、四分之一波板606和偏振鏡608。在離開偏振鏡608之后，光學信號650由波長分散元件610分散，并且分散信號以后由光電探測器陣列612檢測。
半波板604、四分之一波板606和偏振鏡608的方位分別由θ1/2、θ1/4、和θa表示。表1提供偏振控制器602的四個位置或變換的一個例子(每個位置由θ1/2、θ1/4、和θa定義)，偏振控制器602能用來實施本發明。半波板604和四分之一波板606的方位作為相對于偏振鏡608的方位的角轉動(按度)給出。通過對于在偏振控制器602的四個位置每一個處的分散信號進行功率測量，能得到用于光學信號650的Stokes參數，并且用于光學信號的偏振狀態的確定。
表1θ1/2θ1/4θa1 0 0 02 22.5° 0 03 45° 0 04 22.5° 45° 0在另一個實施例中，半波板604和四分之一波板606的順序可以互換，從而光學信號650在通過半波板604之前通過四分之一波板606。在這種情況下，與偏振控制器602的四個變換相對應的半波板604和四分之一波板606的方位與表示在表1中的那些不同。熟悉本專業的技術人員能夠設想用來實施本發明另外實施例的適當方位。
例2圖7是檢偏振鏡700的示意說明，它包括一個偏振控制器702、一個偏振鏡704、一個波長分散元件706、及一個光電探測器陣列708。在該例子中，偏振控制器702是一個具有由θ1/4指示的方位的四分之一波板。為了實施本發明，具有某一偏振狀態的光學信號750通過偏振控制器702和偏振鏡704。離開偏振鏡704的信號750使用波長分散元件706分散，并且分散信號由光電探測器陣列708檢測。
對于保持在一個固定方位θa處的偏振鏡704，偏振控制器702的方位θ1/4作為時間函數連續地變化，例如通過把四分之一波板以給定速率轉動過不同位置。由光電探測器陣列708的檢測的分散信號強度(I)能由如下公式表示I＝0.5[(S0+S1/2)+(S1/2)COS(4θ1/4)公式(1)+(S2/2)Sin(4θ1/4)-S3sin(2θ1/4)其中S0、S1、S2、和S3是光學信號750的相應Stokes參數Stokes參數S0、S1、S2、和S3可以通過進行檢測信號頻譜的傅里葉分析得到。通過對于所有頻譜分量進行傅里葉分析，能確定光學信號750的波長依賴偏振。對于單波長用途進行傅里葉分析的技術已經公開在P.S.Hauge的、在SPIE vol.88，Polarized Ligtht(偏振光)，pp.3-10，1976中的“用于偏狀態的完全確定的方法的研究”，該文章作為整體通過參考包括在這里。
例3在另一個實施例中，偏振分析能用來測量具有一定偏振狀態的光學信號的頻譜功率密度。在這種情況下，只必需在兩個不同位置處設置偏振控制器，以提供功率密度測量必需的變換。在一個實施例中，偏振控制器的兩個位置可以彼此相差90°，產生分別與TE和EM模式相對應的變換。依據特定用途，偏控制器不同數量的方位也可以用來產生其他光學測量，如適當的那樣。
在傳輸系統中的在線PMD測量根據本發明的一個方面，檢偏振鏡200能用于在傳輸系統中的偏振模式分散(PMD)的測量。特別是，能作為用于在線PMD測量的PMD監視單元的部分使用，與在WDM系統中的數據傳輸(即不間斷的數據傳輸)一致。使用常規檢偏振鏡的在線PMD測量以前已經公開在標題為“用于傳輸系統中偏振模式分散的在線監視的方法和設備”、提出于2000年3月3日的共同授予美國專利申請Serial No.09/518,296中，該申請作為整體通過參考公開在這里。
圖5表示包含一個用于在線PMD測量的PMD監視器550的WDM傳輸系統500的示意圖。PMD監視器550包括一個偏振開關502和檢偏振鏡200。
在WDM傳輸系統500中，不同的發射機(TX1、TX2、…、TXN)用來產生在用于數據傳輸的不同波長下的光(或光學載波)。載波信號由相應的數據位流調制，以形成數據信號DS1、DS2、…、DXN。具有不同載波波長的這些數據信號DS1、DS2、…、DXN在多路復用器510中相結合，以形成一個單光學信號580。
表明、線性偏振的光學信號580在進入傳輸線512之前聯接到一個偏振開關502中。偏振開關502允許要改變的光學信號580的輸出偏振。例如，光學信號580可以在兩個非正交線性偏振狀態之間切換，該偏振狀態具有相對于彼此的45°相對角(在Jones空間中)。多種器件可以用作用來轉動光學信號580的偏振的偏振開關502，一個例子是Pockels盒。
在圖5的示意表示中，假定傳輸纖維512表示特征在于使用本發明的實施例監視偏振模式分散(PMD)的整個傳輸線。在其輸出端514處，傳輸纖維512分別連接到檢偏振鏡200和一個PMD補償器516上。這樣，傳輸信號580分成兩部分，一部分580a聯接到檢偏振鏡200上，而另一部分580b聯接到補償器516上。
檢偏振鏡200也連接到與檢偏振鏡200和用來控制PMD補償器516的控制器520通信的一個計算機或一個微處理器518上。要不然，控制器520可以作為計算機518的部分并入。
PMD補償器516在其輸出522處連接到一個用來把傳輸信號580b分離成其相應通道分量DS1、DS2、…、DXN的多路分解器524上。相應通道的光學信號由多個接收器RX1、RX2、…、RXN檢測。典型地，檢偏振鏡200和PMD補償器516靠近接收器RX1、RX2、…、RXN布置，允許對到達接收器RX1、RX2、…、RXN處的數據信號580b的準確PMD補償。
在一個選擇性實施例中，檢偏振鏡200可以連接到PMD補償器516的輸出522上，從而離開PMD補償器516的傳輸信號580可以分成兩部分，一部分引導到檢偏振鏡200，而另一部分引導到多路分解器524。這種布置在圖5中以虛線表示。一般地，本發明的檢偏振鏡200能結合任何PMD補償器516使用，包括基于電氣和基于光學的補償器。
集體形成PMD監視器550和檢偏振鏡200的偏振開關502能用來提供對于傳輸纖維512的實時、在線PMD測量。由于用于PMD測量的信號源由傳輸或數據信號580提供(與一個外部信號源相反)，所以本發明的實施例允許在傳輸系統500中與數據傳輸同時進行PMD測量，而不中斷數據傳輸。
為了確定傳輸纖維512的PMD，必需對于發射到傳輸纖維512中的光學信號580的至少兩個不同和非正交偏振狀態進行偏振測量。例如，借助于把偏振開關502設置在一個第一方位，根據諸如概括在圖4中那些之類的步驟可以進行一個第一組偏振測量。以后，借助于把偏振開關502設置在一個第二方位，例如相對于第一位置約45°，進行一個第二組偏振測量。要注意，偏振切換應該不影響在密度調制直接檢測(IMDD)系統中的信號傳播，至少不存在纖維非線性，只要能忽略偏振依賴損失，并且已經補償PMD。Stokes向量的測量波長依賴性(即，作為波長的函數的偏振測量)允許確定在傳輸纖維512中的PMD。
這些測量的結果作為輸入數據提供給計算機或微處理器518，它然后計算用于PMD補償器516的調節的相關參數。要不然，根據PMD測量的結果，從可以存儲在計算機518中的查閱表也可以檢索PMD補償參數。這些參數通信到然后調節PMD補償器516的控制器520，從而到達多路分解器524處的光學信號580b補償由在傳輸系統500中的PMD造成的任何脈沖失真。
根據本發明的另一個方面，檢偏振鏡200也可以用來測量用于PMD監視目的的偏振程度(DOP)，通過傳輸信號580的Stokes向量的測量。例如DOP可以用作在傳輸信號580中PMD存在的指示器，并且這樣的信息可以由處理器518用來產生一個用來控制PMD補償器516的控制信號。
在一個實施例中，檢偏振鏡200連接到PMD補償器516的輸出上，從而傳輸信號580的一部分進入檢偏振鏡200，而其他部分進入多路分解器524。使用檢偏振鏡200通過對于各個WDM通道進行光學功率測量，可以測量DOP，各個WDM通道通過使傳輸信號580通過波長分散元件(在經偏振控制器和偏振鏡202及偏振鏡204傳播之后)而分辨。由與各個WDM通道的每一個相對應的探測器陣列208測量的光學功率，然后用來計算用于WDM通道的Stokes分量，這些分量又允許DOP的確定。能分析DOP數據以導出關于PMD的信息，該信息然后能用來控制PMD補償器516。
盡管已經詳細表示和描述了包括本發明的講授的幾個最佳實施例，但熟悉本專業的技術人員能容易地設想仍然包括這些講授的許多其他各種實施例。
權利要求
1.一種偏振測量的方法，包括(a)把一個特征在于偏振狀態的光學信號引導到一個偏振控制器中；(b)把來自偏振控制器的光學信號引導到一個偏振鏡中；(c)把來自偏振鏡的光學信號引導到一個波長分散元件，以產生包括每個特征在于一個波長范圍的多個頻譜分量的分散光學信號；(d)把分散光學信號引導到一個用來檢測多個頻譜分量的光電探測器中；(e)把偏振控制器設置到多個位置；(f)對于偏振控制器的多個位置的每一個，使用光電探測器測量光學信號的功率；及(g)通過分析在(e)測量的光學信號的功率，得到光學信號的偏振狀態。
2.根據權利要求1所述的方法，其中光電探測器是一個包括多個探測器象素的光電二極管陣列。
3.根據權利要求2所述的方法，其中多個探測器象素的至少一個子組每個僅檢測具有一個Stokes向量的分散光學信號的一部分，該Stokes向量在探測器象素的子組中的探測器象素的每一個內基本上恒定。
4.根據權利要求3所述的方法，其中(e)包括把偏振控制器設置到至少四個不同位置。
5.根據權利要求4所述的方法，其中(g)進一步包括(g1)對于多個探測器象素的子組的每一個產生一個光學功率參數；(g2)分析由多個探測器象素的子組檢測的光學功率參數和對應波長范圍；及(g3)計算用于光學信號的Stokes分量，以得到光學信號的偏振狀態。
6.根據權利要求5所述的方法，進一步包括(h)對于光學信號計算一個光學功率。
7.根據權利要求6所述的方法，其中光學信號是一個在波長分隔多路復用(WDM)系統中的數據信號，并且在分散光學信號中的多個頻譜分量的一個或多個對應于多個WDM光學通道。
8.根據權利要求1所述的方法，其中偏振控制器包括一個跟隨有一個四分之一波板的半波板，每個波板的特征在于相應方位；(e)包括把偏振控制器設置到至少四個不同位置；其中至少四個不同位置的第一個對應于，把半波板方位和四分之一波板方位設置到與偏振鏡的方位相同；至少四個不同位置的第二個對應于，把半波板方位設置到相對于偏振鏡方位的約22.5度處，并且把四分之一波板方位設置成與偏振鏡的方位相同；至少四個不同位置的第三個對應于，把半波板方位設置到相對于偏振鏡方位的約45度處，并且把四分之一波板方位設置成與偏振鏡的方位相同；及至少四個不同位置的第四個對應于，相對于偏振鏡的方位把半波板方位設置到約22.5度處，并且把四分之一波板方位設置在約45度處。
9.根據權利要求1所述的方法，其中偏振控制器是一個半波板，并且(e)包括作為時間的函數連續轉動四分之一波板。
10.根據權利要求1所述的方法，其中多個頻譜分量的一個或多個具有在相應波長范圍內變化的對應Stokes向量。
11.一種光學測量的方法，包括(a)把一個特征在于偏振狀態的光學信號引導到一個偏振控制器中；(b)把來自偏振控制器的光學信號引導到一個偏振鏡中；(c)把來自偏振鏡的光學信號引導到一個波長分散元件，以產生包括每個特征在于一個波長范圍的多個頻譜分量的分散光學信號；(d)把分散光學信號引導到一個用來檢測多個頻譜分量的光電探測器中；(e)把偏振控制器設置到多個位置；(f)對于偏振控制器的多個位置的每一個，使用光電探測器測量分散的光學信號的功率；及(g)通過分析分散光學信號的測量功率，得到光學信號的至少一個希望性能。
12.根據權利要求11所述的方法，其中在(e)中的多個位置是至少兩個。
13.根據權利要求11所述的方法，其中在(g)中的至少一個希望性質是光學信號的頻譜功率密度。
14.根據權利要求11所述的方法，其中在(e)中的多個位置是至少四個，并且在(g)中的至少一個希望性質是光學信號的偏振狀態和光學功率。
15.一種監視光學信號的偏振程度的方法，包括(a)把光學信號引導到一個偏振控制器中；(b)把來自偏振控制器的光學信號引導到一個偏振鏡中；(c)把來自偏振鏡的光學信號引導到一個波長分散元件，以產生一個包括多個頻譜分量的分散光學信號；(d)把分散光學信號引導到一個包括用來檢測多個頻譜分量的多個探測器象素的光電二極管陣列中；(e)把偏振控制器設置到多個位置；(f)對于偏振控制器的多個位置的每一個，測量由多個探測器象素的每一個檢測的光學功率；及(g)通過分析在(e)中測量的光學功率，得到光學信號的偏振程度。
16.根據權利要求15所述的方法，其中光學信號是一個在波長分隔多路復用(WDM)系統中的數據信號，該系統的特征在于多個WDM通道。
17.根據權利要求16所述的方法，多個WDM通道的每一個由多個探測器象素的一個不同子組檢測。
18.根據權利要求15所述的方法，其中(g)進一步包括計算與多個WDM通道的每一個對應的Stokes分量，以得到用于多個WDM通道的每一個的偏振程度。
19.一種用于偏振測量的設備，包括一個偏振控制器，用來接收一個光學信號；一個偏振鏡，用來接收離開偏振控制器的光學信號；一個波長分散元件，用來把離開偏振鏡的光學信號分離成多個頻譜分量；及一個光電探測器，用來檢測多個頻譜分量。
20.根據權利要求19所述的設備，其中波長分散元件是一個光柵。
21.根據權利要求19所述的設備，其中光電探測器是一個光電二極管陣列。
22.根據權利要求19所述的設備，其中偏振控制器是一個光電器件。
23.根據權利要求22所述的設備，其中光電器件由鈮酸鋰構造。
24.根據權利要求19所述的設備，其中波長分散元件具有至少足以分辨在波長分隔多路復用通信系統中的相鄰信號通道的光學分辨率。
25.一種確定在傳輸系統中的偏振模式分散的方法，包括(a)把特征在于一個波長范圍的數據信號經在傳輸系統中的一根光學纖維傳播；(b)確定在光學纖維中的偏振模式分散，同時(b1)把數據信號的一部分引導到一個檢偏振鏡；(b2)對于數據信號的該部分作為在波長范圍內的波長的函數測量光學功率；和(b3)由在(b2)中測量的光學功率產生偏振參數。
26.根據權利要求25所述的方法，進一步包括(c)在(a)之前，經一個偏振開關引導數據信號。
27.根據權利要求26所述的方法，其中對于由偏振開關產生的數據信號的兩個不同和非正交偏振狀態進行(b2)。
28.根據權利要求27所述的方法，其中檢偏振鏡包括一個偏振控制器、一個偏振鏡、一個波長分散元件和一個光電探測器。
29.根據權利要求28所述的方法，其中(b1)進一步包括(i)把數據信號的該部分引導到偏振控制器中；(ii)把來自偏振控制器的數據信號的該部分引導到偏振鏡中；(iii)通過把來自偏振鏡的數據信號的該部分引導到波長分散元件，產生多個頻譜分量；及(iv)把多個頻譜分量引導到光電探測器；其中光電探測器是一個光電探測器陣列。
30.根據權利要求29所述的方法，其中傳輸系統是一個波長分隔多路復用(WDM)系統，并且數據信號包括與在WDM傳輸系統中的多個光學通道相對應的多個波長。
31.根據權利要求30所述的方法，進一步包括在(b1)中，通過調節檢偏振鏡的偏振控制器，對于數據信號順序產生至少四個不同偏振狀態；和在(b2)中，對于在(b1)中順序產生的至少四個不同偏振狀態的每一個，測量用于多個光學通道每一個的相應光學功率。
32.一種監視在光學纖維中的偏振模式分散(PMD)的方法，包括(a)把包括多個WDM通道的波長分隔多路復用(WDM)光學信號經光學纖維傳播；(b)把WDM光學信號引導到一個PMD補償器中；(c)通過如下步驟對于多個WDM通道的每一個確定偏振程度(c1)把來自PMD補償器的WDM光學信號的第一部分引導到一個檢偏振鏡中，該檢偏振鏡包括一個偏振控制器、一個偏振鏡、一個波長分散元件及一個光電探測器陣列；其中在WDM光學信號的第一部分經偏振控制器和偏振鏡傳播之后，波長分散元件把WDM光學信號的第一部分分散到與多個WDM通道相對應的多個頻譜分量中；并且光電探測器陣列檢測多個頻譜分量；(c2)通過對于多個WDM通道的每一個借助于光電探測器陣列測量光學功率，計算用于多個WDM通道每一個的Stokes參數；(c3)對于多個WDM通道的每一個由Stokes參數得到偏振程度；(d)對于多個WDM信號通道的每一個由偏振程度導出用于WDM光學信號的PMD信息；(e)使用用于WDM光學信號的PMD信息來控制PMD補償器；及(f)把來自PMD補償器的WDM光學信號的一個第二部分引導到一個WDM接收器單元。
33.一種用來確定在光學纖維中的偏振模式分散的設備，包括一個偏振開關，連接到特征在于偏振模式分散的光學纖維的輸入上；及一個檢偏振鏡，連接到光學纖維的一個輸出上，其中檢偏振鏡包括一個偏振控制器、一個偏振鏡、一個波長分散元件及一個光電探測器。
34.根據權利要求33所述的設備，其中波長分散元件是一個衍射光柵。
35.根據權利要求34所述的設備，其中光電探測器是一個光電二極管陣列。
36.根據權利要求35所述的設備，其中偏振控制器是一個光電器件。
37.根據權利要求36所述的設備，其中光電器件由鈮酸鋰構造。
38.一種波長分隔多路復用(WDM)通信系統，包括(a)多個發射機，用來產生與在WDM通信系統中的多個光學通道相對應的多個光學信號；(b)一個多路復用器，用來把多個光學信號結合成一個多路復用光學信號；(c)一個偏振開關，連接到多路復用器的一個輸出上；(d)一根傳輸纖維，連接到偏振開關的一個輸出上，用來傳輸多路復用光學信號，其中傳輸纖維的特征在于偏振模式分散(PMD)；(e)一個檢偏振鏡，用來接收經傳輸纖維傳輸的多種復用光學信號的一個第一部分，其中檢偏振鏡包括一個偏振控制器、一個偏振鏡、一個波長分散元件及一個光電探測器；(f)一個控制器，用來響應從偏振鏡接收的信號產生一個控制信號；(g)一個PMD補償器，響應控制信號，用來把經傳輸纖維傳輸的多路復用光學信號的一個第二部分轉換成一個PMD補償多路復用光學信號；(h)一個多路分解器，連接到PMD補償器的一個輸出上，用來把PMD補償多路復用光學信號分解成與在WDM系統中的多個通道相對應的多個傳輸光學信號；(i)多個接收器，用來檢測多個傳輸光學信號。
全文摘要
用于偏測量的一種方法和設備。使用一個檢偏振鏡能確定光學信號的偏振狀態,該檢偏振鏡包括一個偏振控制器、一個偏振鏡、一個波長分散元件及一個光電探測器。該方法和設備能應用于在波長分隔多路復用通信系統中的偏振和偏振模式分散測量。
文檔編號H04B10/2569GK1349086SQ01125718
公開日2002年5月15日 申請日期2001年8月23日 優先權日2000年8月25日
發明者羅沙·貝內迪科特·爾哈德·約瑟夫·摩勒, 保羅·斯帝芬·偉斯特布魯克 申請人:朗迅科技公司