用于光纖傳輸系統的偏振控制器驅動方法及裝置的制作方法

專利名稱：用于光纖傳輸系統的偏振控制器驅動方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用允許復位條件的概率最小化和偏振控制器的響應速度最大化的操縱(piloting)標準來驅動光纖傳輸系統的偏 振控制器(PC)的方法。
背景技術：
所謂復位條件指下列事實在正常運行中，PC可能會遇到特殊 的工作條件，其中，在沒有非預期的輸出偏振突變的情況下無法將 時變的輸入偏振狀態循環地轉換成預期的輸出偏振狀態。復位條件 暗示對最終用戶(例如光接收器)不利的情況。免復位PC也稱為"循環跟蹤裝置"。可能的應用是10Gb/S和極高比特率下的大容量光學數字傳輸， 其中涉及諸如偏振模色散(PMD)等偏振的信號的某種程度的減損 變得至關重要。尤其是，本發明可直接應用于被稱為PMD補償器的 自適應光學均衡器。無論如何，本構想可用于例如外差接收機等其 它領域以及可能需要循環跟蹤輸入偏振光學狀態的其他應用中。PC可被認為是一定數目的可變偏振轉換器(PT)的級聯，可變 偏振轉換器可單獨被驅動(或;^走轉)以實現輸入光信號和輸出光信 號之間的偏振轉換。為簡單起見，與其實現技術無關，在此通常涉及的是可在最小 旋轉數值和最大旋轉數值(分別為0度和360度)之間電驅動的相 移型PT。這些極限值被稱為PT飽和數值(saturation figure )。在現有技術中，已知在適當的PC僅由三個PT組成的情況下， 將任何輸入偏振狀態轉換成任何輸出偏板狀態是可能的。但是若需 要循環行為，就是說對輸入信號中所有可能的小偏振變化來說沒有 輸出信號偏振突變，則許多研究顯示具有循環追蹤的PC需要至少六個PT。這種要求的一個極為簡化的解釋為在正常運行中，若第一組3 個PT達到它們的極限之一 (所有PT都達到0度或360度的飽和數 值)，則第二組3個PT能夠追蹤預期的輸出偏振狀態，這時第一組 3個PT逐漸"展開(unwind)"并以遠離它們0度或360度的飽和極 限的典型控制間隔進行復位。保所有PC的循環特性。我們假設當輸入偏振狀態在其輸入端口隨時間隨機變化時，PC 用于在其輸出端口對預定偏振狀態進行循環追蹤。在一般實踐中存在的潛在臨界狀態是確定性的算法會在PC的 PT之一上用展開過程以某種方式使該PC偏離該裝置的正常運行。 這使得PC在遇到輸入偏振狀態高速變化時效率較低，因為不是所有 的PT都能有效地參與到實時應用通常需要的快速偏振轉換中。發明內容本發明的一般目的是通過提供用于驅動使復位條件的概率接近 于零的偏振補償器的設備及方法來糾正上述缺點。考慮到此目的，本發明試圖提供一種操縱包括級聯的可變偏振 轉換器的光學偏振控制器的方法，所述可變偏振轉換器可被單獨驅 動以全面實現輸入光信號和輸出光信號之間偏振轉換，各轉換器具 有預定的最大和最小端驅動極限并且該方法對各轉換器循環進行以 下步驟a)在控制器上找到輸出誤差信號，該信號代表要通過可變轉換 器級聯驅動來最小化的信號， b) 以預定量CS在兩個方向中的一個方向上(即朝著最大極限 方向或最小極限方向)驅動第一轉換器偏振變化，c) 檢查要被最小化誤差信號是否降低了，若沒有，則以預定量 CS在兩個方向中的另 一個方向上驅動轉換器偏振變化；此方法包括在步驟b)之前對各轉換器進行附加的初始步驟d) 決定每次在兩個方向的哪一個上首先驅動，朝著最大極限還 是朝著最小極限。本發明還試圖實現用于補償插入光纖連接的偏振模色散的設 備，包括偏振控制器(PC)，所述偏振控制器由一定數目可變偏振 轉換器級(PT)組成，所述可變偏振轉換器級由控制系統作為要被 最小化的誤差變量的函數來驅動，其特征在于，所述設備包括按照 所述方法檢驗所述級的驅動系統。


為了清楚地解釋本發明創新的原理及相對于現有技術的優勢， 下面將結合附圖并借助應用所述原理的非限制性示例來對本發明可 能的實施例進行描述。其中圓1示出根據本發明實現的偏振補償器的框圖，該偏振補償器 適配在試驗性的光纖傳輸系統中，以及圖2示出才艮據本發明的4卜償器的控制算法的流程圖。
具體實施方式
參照附圖，圖1示出插入受PMD影響的光纖連接中的單級偏振 模色散補償器設備。該補償器由附圖標記10整體指示并包括由一定 數目的可變偏振轉換器級組成的偏振控制器(PC) 11。各PT可以產 生從0度至360度的偏振旋轉。這樣的偏振控制器是已知的，在 此不作進一步描述。如下面說明的，根據本發明的原理，補償器優選地至少具有六
個級。尤其是利用八個級(PT)會具有特別的優點，這樣可具有更 大的自由度以極大地提高系統速度。在實施例中PC11的目的是旋轉輸入端12上的調制光信號的偏 振，以在輸出端13產生最佳偏振狀態，該輸出端13也用作雙折射 光纖14的光學輸入端，該雙折射光纖14充當"光學均衡器"以減輕 由PMD產生的信號減損影響。從該光纖14輸出的信號被傳送到已 知的接收器15。來自已知發射機(圖中未示出)(例如數字光學發射機NRZ ) 的光纖連接引起的PDM所產生的失真會影響輸入信號12。接收器15是(例如基于光電影像檢測器的數字光學接收器)本 身是已知的，因此下文將不作進一步描述，它對信號進行有關誤碼 率(BER)的檢測。檢測結果被用作反饋信號(FB) 16，該反饋信 號必須被最小化并用于操縱PC的PT。換句話說，該反饋信號FB是 與所測量的BER成比例的誤差函數。借助適當編程的微控制器(pP) 17可較好地實現根據本發明的 控制算法，這將在下文闡明。因此，微控制器(^P) 17在輸出端產 生驅動以適當地旋轉偏振控制器的PT。自然，基于微處理器驅動來 旋轉PT的實現系統可按任何已知的方式實現。例如，如圖1所示， 微處理器17可驅動一組8個凄t模轉換器(DAC) 18,其中各DAC 對應于控制器11的各級，該組DAC產生可^t應用于已知電子單元19 的8個Vo[i]( i=1...8 )驅動信號，該電子單元19可進行驅動信號Vo[i] 和旋轉裝置驅動之間的轉換以獲得8個PT預期的旋轉角e[i]。就是 說，Vo[i]是代表與各PT的預期角度相關聯的控制電壓的8元向量， 而e[i]是代表各PT的預期旋轉角(從0度到360度)的8元向量。這個結構基本上是已知的，其可被本領域的技術人員所理解。先不考慮PC中的循環追蹤的問題，下面提供一種傳統的用于最 小化FB的PC控制方法，其包括如下幾個步驟0)將8個PT全部設定在它們的中間點U80度)；1) 讀取要被最小化的FB值；2) 估算用于移動第一 PT的正確控制步幅(CS)變化(為&'J 更快收斂，對于越高的誤差函數FB，控制步幅(CS)變化越大)；3) 以旋轉角度(+CS)的一正增量移動第一PT;4) 讀取要被最小化的FB值；5) 若FB減小，則跳到下一PT的檢查，若FB增加，則以-2CS反轉；6 )讀取要被最小化的FB值；7) 若FB減小，則跳到下一PT的檢查，若FB增加，則繼續 以+ CS旋轉(轉到初始值，它此刻是最佳條件)；8 ) 對于所有的PT都不斷循環進行步驟1 )至步驟7 )以最小 化FB。這樣，有根據表明，在追蹤步驟中(例如，當FB數值足夠小而 PC必須只微調其PT以追蹤輸入偏振變化時)，沒有對FB的另一最 小化作出很大貢獻的PT很容易被朝著它們的端極限角度360度(逐 步地)操縱。的確，因為沒有考慮到"展開"過程，發現在良好的收斂條件下， 當增大的CS步幅很小時，算法中多余的PT將首先增大+ CS (參照 步驟3)并繼續增大它們的狀態，并且其可在幾千個控制算法的循環 內(這意味著實時應用中幾分鐘的時間)跳到360度。上面提到的 在已知系統中可導致非預期的復位條件的缺陷在這點上是顯而易見 的。根據本發明的原理，在控制系統中加了一個決策模塊，該決策 模塊可從一個循環到另一個循環選擇PT的增大或減小方向，運動方 向可首先被測試，以使內在的"展開"過程平均分布在所有PT中，即 該過程在不影響所述PC的正常運行且不對上述7個步驟中描述的收 斂過程的自然演進施加任何限制的條件下進行。的確，若在PC變化的任何一個瞬間，當前PT對于收斂過程來
說意義重大，則即便我們在錯誤的方向上開始，該算法還是會選擇一個相反的旋轉角度，因為這對最小化FB來說是正確的。如果當前的PT對收斂過程來說是不重要的，那么它就會自動地保持遠沒有達到飽和的狀態，以在將來的輸入偏振條件需要它時，它馬上可以起作用。方向的選擇可按各種方式進行。例如，首先可進行隨機選擇，該選擇具有嘗試一個方向或另一個方向的平均分布的概率。當然，也可以從一個方向到另一個方向進行交替選擇。優選地，可檢查要被最優化的狀態或PT旋轉的真實角度，基于檢查結果，若狀態接近0度，則首先選擇一個增量(+CS)，若狀態以一預定量接近360度，則首先選擇一個減量(-CS)以遠離飽和條件。為了較好地理解本發明，下面將參照圖2描述根據本發明的一 種可能的實現PC統計控制方法的算法。為了較好地理解圖1中的圖表， 一些定義如下 VH—妻近VSAT+ (即VH=VSAT+-VS )的閾電壓 Vf接近Vsat.(即VL=VSAT—+V5 )的閾電壓 VsAT+^最大飽和控制電壓(即若e[i] = 360。，則V。[i]=VSAT+)vSAT.=最小飽和控制電壓(即若e[i]-o。，則v。[i]=vSAT.)V^電壓飽和限度(即(VSAT—+V5) <V。[i]< (VSAT+-VS)是安全運行條件)Vmid=t間控制電壓V。[i](即( VSAT++VSAT.) /2 ) sign[i] =8元素數組，所述元素是#1分配給用于每次PT控制的 增大/減小步幅的符號(每個元素等于+ l或等于-l) 該算法以初始步驟開始，設置了如下變量 imax=8 (PT的數目) i=0<formula>formula see original document page 10</formula>.= sign[imax]=l CS-包含控制步幅的變量優選地，CS可作為FB的函數來計算，使得對于較大的誤差， CS也較大，反之亦然，從而對偏振補償實現更好的控制。初始化之后，進入循環重復的主循環。對于該主循環的每個重 復周期，會對下一PT加以考慮，從而全部運行所有重復周期。為方 便起見，定義表示在一個周期中被考慮的PT的指數"i"，作為循環的 第一步，首先將"i，，加1。當PT的數目已達到i隨(在本例中為8)時， 將"i"復位為1以重新開始。在該周期中，代表要被最小化的誤差函數的FB反饋值然后被讀 取。根據預定函數，控制變量的增加步幅CS被計算出來("設置CS (SETCS)"步驟)。 一般地，FB越大，則CS也越大，以加速收斂 過程。在cs變化過程中，還可定義適當高和適當低的閾值。 然后進入的是決策模塊(圖2中附圖標記21所整體指定的)， 該模塊決定首先嘗試哪一變化方向。為方便起見，該決定作為向量 sign[i]的一個元素sign進行表達，向量sign [i]可在周期的后繼運行中 乘CS。根據決策模塊的優選實施例，使用兩個比較來確定V。[i] + sign[ifCS是否處于VL與VH之間，即V。以量CS增大與減小之后， V。值是否離開了允許的間隔(增大了還是變小了 )，若離開了該間 隔，則增大方向改為減小方向，并將對應的符號[i]元素顛倒。在下一步驟中，Vo在決策才莫塊所決定的方向上變化，而因此獲 得的新的Vo將被傳送到DAC以驅動第i個PT,然后再檢驗FB是 否減小。若檢驗結果是肯定的，則開始對下一PT進行檢驗，而若纟企驗結 果是否定的(FB增大)，則Vo以2CS轉向另一方向，并且再次對 FB是否減小進行才全驗。若FB減小，則對下一PT進行檢驗，若FB
增大，則以CS的量在另一方向上再次移動，以將Vo恢復到對目前 來說是最佳條件的初始值，并對下一個PT進行檢驗。從而，實現并測試了一種在統計意義上或在復位概率可低于0 的意義上可保證連續執行的新方法。該策略在裝置速度方面提供了較佳的性能，因為其沒有對任何 涉及PC的自動控制的優化的過禾呈的自然演進施加任何限制。在PMD補償器的同樣光學結構上，根據本發明利用由8個PT 制成的PC的方法的性能與利用由6個PT制成的PC的傳統決策算 法的性能進行了比較。結果證明偏振的收斂和跟蹤速度方面的區別 是相當大的。證明了根據本發明的控制對于PMD補償器的開發是優 選的，而證明了 6個PT的決策版本很慢以致于不能滿足實際光纖連 接的典型偏振變化。采用根據本發明的設備，在用于PMD補償中的統計算法中沒 有顯示出復位問題，即使長時間性地測試(多次測試，每次36小時)， 該長時間性測試的輸入偏振狀態以估計的實際光纖連接的最大速度 進行隨機變化。在現有技術分析中，發現在跟蹤步驟中(即最初的 收斂暫態后)，總是以正增加開始的最優化過程的"臨時多余"角 (即在一個方向上或在另一個方向上被旋轉以使要被最小化的函數 保持幾乎不變的那些角)在幾分鐘之內達到飽和。自然，通過這里要求的排他性權利的范圍內的所述原理的非限 制性示例，給出了應用本發明的創新原理的實施例的以上描述。例 如，在各級中的角度檢查變量可隨電壓而改變。特別地，可直接使 用一角度值，該角度值最終由檢查電子裝置轉換成各級的旋轉電壓。 該轉變器還可從一般最小角度變化到一般最大旋轉角度，該旋轉角 度不一定是本示例中給出的0度和360度。
權利要求
1. 一種操縱光學偏振控制器的方法，所述光學偏振控制器包括 級聯的可變偏振轉換器，各轉換器具有預定的最大和最小端驅動極 限，并可單獨被驅動以全面實現輸入光信號和輸出光信號之間的偏振轉換，所述方法包括對各轉換器循環進行以下步驟a) 在控制器上找出一輸出誤差信號，所述信號代表要通過可變 轉換器級聯驅動來最小化的信號，b) 以預定量CS在兩個方向中的一個方向上驅動第一轉換器偏 振變化，即朝著最大極限或者最小極限，c) 檢查要被最小化誤差信號是否降低了，若沒有，則以預定量 CS在所述兩個方向的另一個方向上驅動轉換器偏振變化；所述方法包括在步驟b)之前對各轉換器進行如下附加初始步驟d) 決定每次在兩個方向的哪一個上首先驅動，朝著最大極限還 是朝著最小極限。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟d)中，所 述決定通過以下方式作出確定所述兩個變化方向中的一個方向， 即朝著最大極限或最小極限，是否使得轉換器以超過預定的值接近 兩個極限之一，若是，則首先在相反方向上驅動所述變化。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟d)中，所 述決定通過以下方式作出確定首先嘗試與在前周期中首先嘗試的 方向相反的方向。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟d)中，所 述決定通過以下方式作出確定首先嘗試在兩個方向中隨機選擇的 一個方向。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，變化量CS是所述 誤差信號的直接函數。
6. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述可變轉換器在 數量上至少是六個。
7. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述可變轉換器在 數量上是八個。
8. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，給出了以下定義 Vo[i]-第i個轉換器的偏振驅動值， VH-接近轉換器高飽和數值的閾驅動值Vo[i], VL-接近轉換器低飽和數值的閾驅動值Vo[i]， sign[i]-分配給第i個轉換器的元素，用其符號定義變化方向；以及在步驟d )中，所述決定通過以下方式作出檢查Vo[i]+sign[i]*CS 是否在VL與VH之間，若在該范圍之外，則顛倒sign[i]的符號，通過 對Vo[i]賦新值Vo[i]= Vo[i]+sign[i]*CS來產生所述轉換器的第一變 化。
9. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述誤差信號是所 述光學偏振控制器下游的接收器的誤碼率。
10. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，各轉換器可產生0 度到360度之間的偏振驅動旋轉。
11. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，若在兩個方向的 變化都沒有導致要被最小化的誤差降低，則所述轉換器偏振量回到 變化前的值。
12. —種用于補償插入光纖連接中的偏振模色散的裝置，包括 偏振控制器，所述偏振控制器(PC)由一定數量的可變偏振轉換器 級(PT)組成，所述可變偏振轉換器級由控制系統根據要被最小化 的誤差變量來驅動，其特征在于，所述裝置包括驅動系統，所述驅 動系統按照上述權利要求中任一項所述的方法來檢查所述級。
13. 如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述誤差信號是 所述光學偏振控制器下游的接收器的誤碼率。
14. 如權利要求12所述的裝置，其特征在于，各轉換器可產生 0度到360度的偏振驅動旋轉。
15. 如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述可變轉換器 在數量上至少是六個。
16. 如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述可變轉換器 在數量上是8個。
17. 如權利要求12所述的裝置，其特征在于，在所述偏振控制 器的輸出端有雙折射光纖，所述雙折射光纖用作光學均衡器來減輕 由PMD造成的信號減損的影響。
全文摘要
一種操縱光學偏振控制器的方法，包括級聯的可變偏振轉換器，各轉換器具有預定的最大和最小端驅動極限，其可被獨立驅動以全面實現輸入光信號和輸出光信號之間的偏振轉換。該方法包括對各轉換器循環進行以下步驟找到輸出至控制器的誤差信號，以預定量CS在兩個方向中的一個方向上驅動第一轉換器偏振變化以檢查誤差信號是否隨該變化減少了，若沒有，則在相反的方向上驅動。在兩個方向中的哪一個上首先驅動的決定是于各次分別作出且不固定的。本發明還描述了與所述方法相對應的裝置。
文檔編號H04B10/2569GK101147089SQ200580049304
公開日2008年3月19日 申請日期2005年12月14日 優先權日2005年1月27日
發明者A·佩拉索, M·斯佩恰爾 申請人:愛立信股份有限公司