專利名稱：用于偏振模色散抑制的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及光學(xué)系統(tǒng)，并特別涉及用于偏M色散("PMD") 抑制的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代光網(wǎng)絡(luò)中，信號常常被傳輸數(shù)百甚至數(shù)千公里以上。在^JE巨離 和超長距離的光纖上傳播的光信號^it到許多不同的障礙，包括衰減、色 散和PMD。盡管通過使用放大器已經(jīng)成功地解決了衰減問題并通過使用 色散補償光纖已經(jīng)成功地解決了色散問題，但PMD卻難以處理得多。
PMD是當(dāng)光纖內(nèi)部具有不同偏振的信號由于例如光纖的隨機缺陷和 不對稱而以略微不同的速度傳播時所發(fā)生的現(xiàn)象。這種效應(yīng)造成信號失 真。結(jié)果，PMD使得非常難以可靠地以高比特率來傳輸數(shù)據(jù)。大多數(shù)網(wǎng) 絡(luò)都是在使用低比特率并且不認為PMD是潛在問題的時候以質(zhì)量差的光 纖在它們的地下設(shè)施中建立的。然而現(xiàn)在這些結(jié)構(gòu)必須支持40Gb/s和更 高的比特率，于是PMD成為網(wǎng)絡(luò)升級的嚴重障礙。
一般地，光學(xué)系統(tǒng)的PMD不能由單一M(例如其長度)來精確建模, 而是必須由代表沿通信線路的整個"歷史"的一系列M來表征。然而在 實踐中，已經(jīng)開發(fā)了幾種PMD測量和校正系統(tǒng)。例如，授予Fishman等 人的美國專利No. 5,930,414和授予Rasmussen等人的美國專利No. 6,865,305記載了這樣一種電子設(shè)備其測量信號的眼圖^lt— 一例如信 噪比、誤碼率、交叉等，這樣一來就間接地確定了光學(xué)線路的PMD。
Fishman等人進一步公開通過以下校正PMD:將射束信號分離成兩個主 偏振態(tài)("PSP"),使用延遲線路而使兩個PSP之一經(jīng)歷相對延遲，然后 重新組合這兩個PSP。同時，Rasmussen等人則教導(dǎo)了通過使用偏振保持 光纖("PMF")來校正PMD。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于偏,色散(PMD)抑制器的系統(tǒng)和方法，該PMD抑 制器可被用來例如便于數(shù)據(jù)跨光網(wǎng)絡(luò)的傳輸。本發(fā)明的目的是提供用于測 量和校正光網(wǎng)絡(luò)中的PMD的方法和設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的是提供用 于降低傳播通過包括長距離光纖在內(nèi)的光學(xué)線路的信號的一階PMD(差 分群延遲或"DGD")的方法和設(shè)備。本發(fā)明的示范性實施例包括具有耦 合到控制模塊的PMD測量模塊的PMD抑制器和/或PMD抑制裝置。本 發(fā)明的優(yōu)點之一是提供了高性能、低成本和緊致的PMD校正裝置。而且， 本發(fā)明的某些實施例可集成到光轉(zhuǎn)發(fā)器中并利用該轉(zhuǎn)發(fā)器的電子基礎(chǔ)結(jié) 構(gòu)，這樣一來就降低了設(shè)計和制造成本。
在本發(fā)明的一個示范性實施例中， 一種用于測量光學(xué)線路的DGD的 方法包括使用具有擾頻頻率的偏振擾頻器，經(jīng)由光學(xué)線M輸具有調(diào)制 頻率的光信號；測量處在光信號的時鐘頻率(或該時鐘頻率的一半)的光信 號的邊帶的光譜強度；以及使用邊帶的光鐠強度來確定光學(xué)線路的DGD。 另一種用于測量光學(xué)線路的DGD的方法包括:經(jīng)由光學(xué)線路傳輸光信號； 在第一偏振態(tài)和第二偏振態(tài)之間改變光信號的偏振的同時，測量處在時鐘 頻率的光信號的光譜強度的相對變化；以及使用光信號的光鐠強度的相對 變化來確定光學(xué)線路的DGD。
在另一個示范性實施例中， 一種偏g色散(PMD)抑制設(shè)備包括光 檢測器，其光耦合到光學(xué)線路，其中該光檢測器可操作用來接收光輸出信 號的一部分并將其轉(zhuǎn)換成電信號；射頻(RF)帶通濾波器，其電耦合到光檢 測器，其中該RF帶通濾波器被調(diào)諧到時鐘頻率并可操作用來對電信號進 行濾波；以及RF檢測器，其電耦合到RF帶通濾波器，其中該RF檢測 器可操作用來測量濾波后的電信號的強度。另一種偏,色散(PMD)抑制 設(shè)備包括光檢測器，其光耦合到光學(xué)線路，其中該光檢測器可操作用來 接收光輸出信號的一部分并將其轉(zhuǎn)換成電信號；時鐘恢復(fù)單元，其電耦合 到光檢測器，其中該時鐘恢復(fù)單元可操作用來從電信號中提取時鐘信號； 組合器，其電耦合到時鐘恢復(fù)單元和光檢測器，其中該組合器可^Mt用來
將時鐘信號與電信號混和；低通濾波器，其電耦合到組合器，其中該低通 濾波器可操作用來從組合器接收輸出信號并產(chǎn)生濾波后的電信號；以及射 頻(RF)檢測器，其電耦合到低通濾波器，其中該RF檢測器可操作用來測 量濾波后的電信號的強度。
在又一個示范性實施例中， 一種偏# 色散(PMD)抑制裝置包括多個 光學(xué)元件，其呈級聯(lián)構(gòu)造，并可操作用來通過對傳播通過光學(xué)線路的光信 號的兩種偏癡漠中的每一種進行操作來校正光學(xué)線路的PMD,其中所述 光學(xué)元件包括至少一個雙折射晶體。另一種PMD抑制裝置包括第一準 直儀，其光耦合到光學(xué)線路；偏振控制器，其光耦合到第一準直儀；第一 雙折射晶體，其光耦合到偏振控制器；第一可調(diào)諧半波長(V2)板，其光耦 合到第一雙折射晶體；第二雙折射晶體，其光耦合到第一可調(diào)諧板；笫二 可調(diào)諧半波長(入/2)板，其光耦合到第二雙折射晶體；第三雙折射晶體，其 光耦合到第二可調(diào)諧板；以及第二準直儀，其光耦合到光學(xué)線路。
在還一個示范性實施例中， 一種用于校正光學(xué)線路的偏振模色散 (PMD)的方法包括將傳播通過光學(xué)線路的光信號分離成具有第一主偏振 態(tài)的第 一部分和具有第二主偏振態(tài)的第二部分；將該第一和第二部分轉(zhuǎn)換 成第一和第二電信號；使第二電信號延遲，以創(chuàng)建補償光學(xué)線路的差分群 延遲(DGD)的延遲電信號；以及將延遲電信號與第一電信號混和，以產(chǎn)生 固定輸出電信號。另一種偏4^色散(PMD)抑制i殳備包括偏振控制器，
其可^Mt用來將傳播通過光學(xué)線路的光信號定向成兩個主偏振態(tài)；偏振射 束分離器，其光耦合到偏振控制器并可操作用來將光信號分離成具有第一
主偏振態(tài)的第一部分和具有第二主偏振態(tài)的第二部分；第一光檢測器，其 光耦合到偏振射束分離器并可操作用來將第一部分轉(zhuǎn)換成第一電信號；第 二光檢測器，其電耦合到偏振射束分離器并可操作用來將第二部分轉(zhuǎn)換成 第二電信號；可調(diào)諧電子延遲裝置，其光耦合到第二光檢測器并可^Mt用
來補償光學(xué)線路的差分群延遲(DGD);以;SJ且合器，其電耦合到第一光檢 測器和可調(diào)諧電子延遲裝置，其中該組合器可操作用來產(chǎn)生固定輸出電信 號。
以上相當(dāng)寬泛地概括了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，以便更好地理解隨 后的發(fā)明詳述。下文將說明發(fā)明的附加特征和優(yōu)點，其形成了發(fā)明的權(quán)利 要求的主題。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，所公開的概念和特定
M 。本領(lǐng)域內(nèi)的任何普通技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認識到，這種等同構(gòu)造沒有脫
離如所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精神和范圍。從結(jié)合附圖考慮的以下描 述中，就組織和操作方法而言被認為是本發(fā)明特性的新穎特征，與進一步 的目的和優(yōu)點一起，將會被更好地理解。然而應(yīng)當(dāng)特別地理解，每個附圖 僅是為了示意和說明的目的而拔_供，而無意作為本發(fā)明限制的限定。


為了更完整地理解本發(fā)明，現(xiàn)在結(jié)合附圖對以下描述進行參考，在附
圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的PMD測量方法的流程圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的PMD測量和抑制方法的 流程圖2B 3一才艮據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例的另一種PMD測量和抑 制方法的流程圖3是才艮據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的具有基于濾波器的測量模 塊的PMD抑制器的框圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的具有基于時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的 測量模塊的PMD抑制器的框圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的PMD抑制裝置模型的示
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的單級、自由空間PMD抑制 系統(tǒng)的才匡圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的以單級PMD抑制系統(tǒng)獲得 的仿真結(jié)果的曲線圖8是根據(jù)本發(fā)明的又一個示范性實施例的反射構(gòu)造的PMD抑制器 的框圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的電光混合型PMD抑制系統(tǒng) 的才匡圖；以及
圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例的帶有光纖偏振射束分離 器的PMD抑制器的框圖。
具體實施例方式
在隨后的說明中，將參考成為本說明書一部分的附圖，在附圖中示出 了本發(fā)明可在其中實施的具體實施例。這些實施例被充分詳細地說明，以 使得本領(lǐng)域的普通人員可實施本發(fā)明，并且要理解的是，可利用其它實施 例，并可作出結(jié)構(gòu)、邏輯、光學(xué)和電氣的變化而不脫離本發(fā)明的范圍。因 此，隨后的說明不應(yīng)認為是限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書來 限定。
偏椒漠色散("PMD")是依賴偏振的傳播延遲，其可以以一RH^測量 為光學(xué)線路內(nèi)最快和最慢傳播偏4^^間的差分群延遲("DGD")。本發(fā) 明的一些示范性實施例提供用于測量和校正PMD的有效方法。同樣地， 光學(xué)線路的PMD可被測量并用于產(chǎn)生校正過程中的^Jt信號。在至少一 個實施例中，不必為要校正線路的PMD而確定PMD的量。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例而圖示了 PMD測量 方法IOO。在步驟105中，生成以相對大的頻率(例如5GHz)調(diào)制的信號， 然后使用具有已知擾頻頻率(例如lMHz)的偏振擾頻器通過光通信線i^ 輸該調(diào)制信號。當(dāng)線路中沒有DGD時，檢測或輸出信號的光譜包,制 頻率處的單峰。然而，當(dāng)存在DGD時，在調(diào)制頻率的兩側(cè)(亦即在5GHz -lMHz和5GHz + lMHz處)出現(xiàn)兩個附加的邊帶。因而，DGD的量值 以邊帶的大小顯現(xiàn)。
仍然參考方法IOO，在步驟IIO中測量光信號的邊帶的光鐠強度。在 步驟115中，邊帶的光鐠強度可用來確定光學(xué)線路的DGD。比如，如果 Q是調(diào)制頻率(例如5GHz)而co是擾頻頻率(例如lMHz)，則由檢測器測量 的強度等于
剛=f。;in2(Grf/2),
+咖2 (orf/2)cos[帥— 其中At是線路的DGD。
另外，兩個邊帶的光鐠強度成比例于
因此，對于小的DGD，邊帶的強度與At的平方成比例，或者更具體 地說，
收土由4(爐/r
其中T是周期(例如在5GHz調(diào)制頻率的情況下為200ps)。
根據(jù)方法100，可在時鐘頻率附近測量光鐠分量，以避免為了測量的 目的而不得不專門提供波分復(fù)用(WDM)信道。理想的PRBSNRZ信號的
光鐠具有由8^1(71///(:)/(71///(:)定義的形狀。理論上，對于理想的偽隨機二進
制序列(PRBS)非歸零(NRZ)信號，在時鐘頻率A(Q-27i/。)處的光鐠分量消 失。然而，對于"l"的長度周期與"O"的長度周期不同的任何實際信號， 在/e處都可發(fā)現(xiàn)光i普分量，且其可表達為
其中/必是信號的余項(具有譜包絡(luò)^(71///(;)/(71///(:)，且在/e處沒有光譜分
量)，a和(p是載波頻率處的振幅和相位。因此，方法100可以優(yōu)選地在時 鐘頻率處或其附近使用，此處PRBS信號的光鐠能量相對低。
如前面所注意到的，方法100需要使專用的波長具有給定的調(diào)制頻 率，這意味著這種專用的波長不能用;^載信息。為了避免使用專用的波 長，可以使用在九(或/e/2)處出現(xiàn)的寄生峰，即使該波長承載信息。典型地， 在/c區(qū)域有較少的環(huán)境噪聲，這樣一來就導(dǎo)致更精確的測量。另外，對于 小的DGD值，由于信號的強度與sin(QA/)的平方成比例，所以時鐘頻率 是優(yōu)選的。然而在別的情況下，還測量/e/2分量可能^l有用的。例如，在 以40GB/s工作的網(wǎng)絡(luò)中，對于大約25ps的DGD值，/ /2分量消失。這 樣一來，由于在這種情況下僅當(dāng)DGD為50ps時sin(QAf)消失，所以還測 量半頻率/c/2可能是有用的。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2A,根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例而示出了一種PMD 測量和抑制方法200A。在步驟205A中，經(jīng)由光學(xué)線#輸光信號。在 步驟210A中，測量在時鐘頻率(或時鐘頻率的一半)處或其附近的光信號 的光鐠強度。然后，在步驟215A中，通過控制光學(xué)線路的至少一個光學(xué) 部件，以便增加或最大化時鐘頻率(或/e/2)附近的光信號的光鐠強度，來 降低光學(xué)線路的DGD。應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本示范性實施例，不需要用于測 量線路的DGD的步驟。
參考圖2B,根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例而示出了另一種PMD
測量和抑制方法200B。在這個可替選的實施例中，在步驟205B中，經(jīng)由
光學(xué)線路傳輸光信號。然后，在步驟210B中，在笫一和第二偏振態(tài)之間
改變光信號的偏振的同時，測量光信號的光譜強度的相對變化。在步驟
215B中，可使用光信號的光語強度的相對變化來確定光學(xué)線路的DGD。
在步驟220B中，通過控制光學(xué)線路的光學(xué)部件，以便減少在光信號的偏 振于第一和第二狀態(tài)之間改變時的時鐘頻率附近的光信號的光鐠強度的
相對變化，來降低光學(xué)線路的DGD。
仍然參考方法200，當(dāng)信號以一階PMD(亦即給定的DGD A,)穿過介 質(zhì)時，其被分離成以下式表示的兩個相對延遲的信號
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中b是系數(shù)。該信號的光鐠可描述為
<formula>formula see original document page 13</formula>
因而，光i普強度為
<formula>formula see original document page 13</formula>
并且，在時鐘頻率附近，例如<formula>formula see original document page 13</formula>
其中a是常數(shù)而《jc)是狄拉克S(Dirac delta)函數(shù)。因此，當(dāng)偏振定向在 主偏振態(tài)之一(即b-士l)時，時鐘頻率處的光鐠具有最大值<formula>formula see original document page 13</formula>同時，當(dāng)^±1時此分量取得其對于AtO(即對于零DGD)的最大值。光譜 分量(在/e或/^/2處)的最大值對應(yīng)于高品質(zhì)信號一一即，沒有由DGD造成 的失真。
時鐘頻率的相對變化可表達為<formula>formula see original document page 14</formula>
其中7k/J是位的周期。因此，通過監(jiān)視ri，可估計DGDA^因而，系統(tǒng) 校準的標準可以是n消失或被降低，或換句話說是/U27i/e)被最大化。盡 管此技術(shù)對測量相對較小的A^值非常敏感，但其當(dāng)A^T時沒有作用。這
樣一來，本發(fā)明的某些實施例就測量兩個光譜分量/c:和/e/2。另外，如本
領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易從^^開所認識的，本方法的優(yōu)點之一是不必知 道a的絕對值，因為只有相對值才有關(guān)系。
現(xiàn)在參考圖3,根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例而示出了具有基于濾 波器的測量模塊310的PMD抑制器300。 PMD抑制器300可被用來例如 實施上述PMD測量和/或校準方法中的一個。在操作時，光輸入信號301 穿過PMD抑制裝置305，其產(chǎn)生光輸出信號302。 PMD測量模塊310的 光檢測器311光耦合到PMD抑制裝置305的光輸出線路，并且其可接收 光輸出信號302的一部分，從而將其轉(zhuǎn)換成電信號。在可替選的實施例中， 已經(jīng)存在于轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)的光檢測器的電輸出被耦合到PMD模塊310,從而 消除了對附加檢測器的需要。射頻(RF)帶通濾波器312電耦合到光檢測器 311并可操作用來對從光檢測器311接收到的電信號進行濾波。在一個示 范性實施例中，將RF帶通濾波器312調(diào)諧至光學(xué)系統(tǒng)的時鐘頻率。
RF檢測器313電耦合到RF帶通濾波器312并可操作用來測量從RF 帶通濾波器312接收到的濾波后的電信號的強度?？刂颇K320電耦合到 PMD測量模塊310的RF檢測器313，并且PMD抑制裝置305電耦合到 控制模塊320。因而，控制模塊320可對從RF檢測器313接收到的強度 測量值進行處理，并可使用例如圖1和2的方法100和/或200來控制PMD 抑制裝置305的至少一個光學(xué)部件，以在光學(xué)線路中校正或降低PMD。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的具有基于時鐘恢復(fù)系 統(tǒng)的測量模塊410的PMD抑制器400。 PMD抑制器400也可被用來實施 上述PMD測量和/或校準方法中的一個。在操作時，光輸入信號401穿過 PMD抑制裝置405，其產(chǎn)生光輸出信號402。 PMD測量模塊410的光檢 測器411光耦合到光學(xué)線路，并且其可操作用來接收光輸出信號402的一 部分，從而將其轉(zhuǎn)換成電信號。時鐘恢復(fù)單元412電耦合到光檢測器411 或電耦合到輸入的電信號，并且其可操作用來從電信號中提取時鐘信號。
組合器413電耦合到時鐘恢復(fù)單元412和光檢測器411，并且其可操作用 來將時鐘信號與電信號混和。低通濾波器414電耦合到組合器413，并且 其可操作用來接^1^且合器的輸出信號并產(chǎn)生濾波后的電信號。然而在實踐 中，因為大多數(shù)40Gb/s電路中的時鐘頻率都是20GHz而不是40GHz， 所以可替選的實施例可包括第一組合器、低通濾波器、和用于承載約/e (例 如20GHz)的信息的檢測器，以及第二組合器、低通濾波器和用于承栽約 2/c (例如40GHz)的信息的檢測器。射頻(RF)檢測器415電耦合到低通濾 波器414,并且其可操作用來測量濾波后的電信號的強度。在一個實施例 中，組合器413是高頻組合器，低通濾波器414具有相對低的截止頻率(低 達10kHz)，而RF檢測器415則是慢速檢測器。
控制模塊420電耦合到RF檢測器415，并且PMD抑制裝置405電 耦合到控制模塊420。最后，控制模塊420可操作用來對從RF檢測器415 接收到的強度測量值進行處理，并使用圖1和2的方法100和/或200來 控制PMD抑制裝置405內(nèi)的至少一個光學(xué)部件，從而在光學(xué)線路中校正 或降低PMD。
上述示范性實施例中的一些提供了新穎的和有創(chuàng)造性的用于測量 PMD的系統(tǒng)和方法。然而，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易從本公開所認 識的，除了在此明確公開的以外，任何類型的PMD或DGD測量裝置或 方法，可以與下述的PMD抑制系統(tǒng)和方法一起4吏用。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例而示出了 PMD抑制 裝置模型500。在模型500下，輸入光信號501經(jīng)由具有一系列雙折射光 纖503-1-N的光學(xué)線路傳輸，其中在兩個連續(xù)的光纖線路之間存在偏振操 作元件502-l-N。輸入光信號501到達PMD抑制裝置550,其中部件 502-1-N和503-1-N中的每一個的效應(yīng)被每個部件508-1-N和507-1-N消 除——即，508-1取消502-N, 507-1取消503-N,等等。具體地，輸入光 信號501經(jīng)由第一準直儀505 1PMD抑制裝置550，并由雙折射元件 508-1-N和507-1-N處理，該雙折射元件逐一消除光學(xué)線路元件502-1-N 和503-1-N的效應(yīng)。P勵抑制裝置550然后經(jīng)由第二準直儀502提供輸 出光信號502。
圖6示出了才艮據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的單級、自由空間PMD 抑制系統(tǒng)600。系統(tǒng)600的PMD抑制裝置605例如可被用來根據(jù)圖5所 示的模型500而實施圖3和4的( 一個或多個)PMD抑制裝置305和/ 或405。在一個實施例中，抑制裝置605包括以,構(gòu)造布置的多個自由
空間光學(xué)元件。在操作時，光輸入信號601到達PMD抑制裝置605和 PMD測量模塊610兩者。PMD測量模塊610對光輸入信號601進行處理 并將電信號傳輸?shù)街甘竟鈱W(xué)線路的PMD的控制模塊611。控制模塊611 然后對PMD抑制裝置605進行操作以降低或消除光學(xué)線路中的PMD。
光輸入信號601到達第一準直儀615并穿過偏振控制器620。偏振控 制器620可操作用來補償在光學(xué)線路末端出現(xiàn)的偏振變化。在一個實施例 中，偏振控制器620輸出信號，該信號傳播通過第一雙折射晶體625、第 一可調(diào)諧A/2板630、第二雙折射晶體635、第二可調(diào)諧人/2板640、第 三雙折射晶體645和第二準直儀650(它們?nèi)家约壜?lián)方式相互光耦合)， 這樣一來就產(chǎn)生了 PMD抑制信號602。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易從 ^^開所認識的，可使用任意數(shù)量的晶體。在一些實施例中，為了補償光 學(xué)線路的雙折射，晶體625、 635和645可具有非常大的雙折射。在系統(tǒng) 的偏振特性不能由這種"單步"表示來描述的其它實施例中，PMD抑制 裝置605可被構(gòu)造為多級裝置一一即晶體一偏振控制器一晶體一偏振控 制器，等等。然而，如果光纖中沒有"扭曲"或其它缺陷，則有可能以諸 如PMD抑制系統(tǒng)600之類的單級系統(tǒng)來補償光纖的雙折射。
仍然參考圖6， PMD抑制系統(tǒng)600是可調(diào)諧裝置。另外，系統(tǒng)600 方便地在線路的兩個主偏振態(tài)之間操作，從而提供相對的可調(diào)諧的光學(xué)延 遲線路。偏振控制器620設(shè)在晶體625、 635和645前面，使得主偏振態(tài) 沿著晶體625、 635和645的軸定向。晶體625、 635和645在線路的兩個 主偏振態(tài)之間固定DGD。
在一個示范性實施例中，晶體625、 635和645例如可以是方解石和/ 或釩酸釔(YV04)，其尋常和非常折射率之間的差約為10%，亦即 卜。ie卜0.2。使用這些類型的晶體，可用僅約5厘米的晶體來補償長達 500 7>里的普通電信光纖生成的PMD。通過用小的自由空間偏振控制器 來替換偏振控制器620，可以使PMD抑制裝置605甚至更加緊致，從而 留下準直儀615和650來負責(zé)耦合輸入和輸出光纖。
因為任何給定光學(xué)線路的確切雙折射一般都是未知的(在40Gb/s網(wǎng)絡(luò) 中可高達25ps),所以PMD抑制裝置605可^L做成是可調(diào)諧的——亦即， 其長度可數(shù)字式地改變。在圖6所示的實施例中，由3個晶體625、 635 和645來進行雙折射抑制。在其它實施例中，晶體的數(shù)目可以取決于期望 的精度而變化。晶體625、 635和645中的每一個可具有不同長度，并且 它們對整個抑制的貢獻可以取決于入射光601的偏振。因此，在兩個連續(xù)
的晶體之間，可添加可調(diào)諧的半波相位延遲(X/2)板630和640，從而有 效地控制特定晶體的貢獻的符號。亦即，可調(diào)諧入/2板630和640中的每 一個可按兩種模式中之一來操作(l)作為卯°偏M轉(zhuǎn)器，或(2)作為透 明薄膜一一即全波長(入)板，保持偏振完整。同樣地，板630和640中的 每一個規(guī)定其隨后的晶體的PMD是添加到整個裝置PMD還是從中減去。
如果例如晶體的兩個偏振定向之間的時間延遲分別是4ps、 8ps和 16ps(在YV04的情況下，這些延遲分別對應(yīng)于6毫米、12亳米和24毫 米的晶體長度)，則只要DGD落在具有8ps的分辨率的-28ps至+28ps之 間，即可降低DGD。在該例中，整個系統(tǒng)(具有PMD抑制裝置605)的最 差時間延遲是I A, I ^4ps。這樣一來，使用附加的2ps晶體就可使分辨率改 進4ps——即lA/l2ps。另一種選擇是挑選長度約是6亳米、12亳米和 18毫米的晶體，^這種情況下達到僅士24ps的PMD校正。然而，該實例 允許系統(tǒng)在零PMD場景下工作。在一個可替選的實施例中，PMD抑制 裝置605可在反射模式下操作，使得信號可不止一次地通過晶體625、 635 和645中的一個或多個，這樣一來就可降低所需的晶體尺度。
PMD抑制裝置605相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點之一是它使用雙折射晶體 625、 635和645，而不是光纖和/或偏振射束分離器與延遲線路的組合， 這樣一來就極大簡化了設(shè)計。PMD抑制器605相對于現(xiàn)有技術(shù)的另 一優(yōu) 點是它經(jīng)由可調(diào)諧板630和640而提供了離散的二進制調(diào)諧集合，這與更 復(fù)雜且易出錯的連續(xù)調(diào)諧相反。這兩種特性使之成為相對較小的裝置。如 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所容易認識的，PMD抑制器605可集成在光學(xué)轉(zhuǎn) 發(fā)器之內(nèi)，這樣一來就導(dǎo)致了高性能、低成本和緊致的裝置。另外，當(dāng)在 集成光學(xué)轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)使用時，PMD抑制器605可降低一階PMD，而多^C 射器可抑制更高階的PMD，如美國專利申請序列號No. 11/585,659、名稱 為"OPTICAL TRANSPONDERS WITH REDUCED SENSITIVITY TO POLARIZATION MODE DISPERSION (PMD) AND CHROMATIC DISPERSION (CD)"所述。
圖7繪出了根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的象圖6所示那樣的單級 PMD抑制系統(tǒng)的仿真結(jié)果的曲線圖700。橫軸705表示以ps為單位的時 間，而縱軸710則表示以n W為單位的功率。上方曲線701示出PMD為 約30ps的網(wǎng)絡(luò)的輸出信號。具體地，信號701-1和701-2示出對于兩種 主偏振態(tài)的PMD的兩種極端情況。下方曲線702示出對于相同的兩種主 偏振態(tài)的PMD抑制裝置605的輸出信號，從而表明PMD抑制裝置605 顯著地降低了系統(tǒng)的PMD。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例的反射構(gòu)造的另一 PMD抑制器800。這種特別的實施例是優(yōu)選的，因為它允許PMD抑制器 800比圖6所示的PMD抑制器更小。具體地，該實施例允許晶體825、 835和845具有圖6中相應(yīng)晶體的一半大小。在這種情況下，輸入光信號 801經(jīng)由光纖循環(huán)器855 ^ DGD抑制器800，該光纖循環(huán)器855可置 于轉(zhuǎn)發(fā)器殼體中的任何位置。鏡850可采取晶體845上高反射鍍層的形式。 例如，在釩酸釔(YV04)晶體的情況下，其中DGD抑制器800被設(shè)計用來 抑制30士5ps，晶體825、 835和845的長度可分別為11.25毫米、7.5毫米 和3.75毫米，這意味著整體DGD抑制器800可制作成小于40亳米。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖9,根據(jù)本發(fā)明的又一個示范性實施例而示出了電光混合 型PMD抑制系統(tǒng)900?；旌舷到y(tǒng)卯O例如可用作結(jié)合圖3、 4、 6和8所 述的全光學(xué)PMD抑制裝置305、 405、 605和/或805的替代。光輸入信號 卯l在穿過準直儀905和偏振控制器910之后，被傳輸通過偏振射束分離 器915。偏振控制器910可對未校正線路和偏振控制器910的兩個主偏振 態(tài)進行定向，使得它們匹配偏振射束分離器915的偏振軸。
偏振射束分離器915然后將光信號分離成兩部分，其中第一部分(較 快的部分，其需要延遲并具有第一偏振態(tài))由第一光檢測器920轉(zhuǎn)換成第 一電信號，而第二部分(具有第二偏振態(tài));被元件925反射后由第二光檢 測器930轉(zhuǎn)換成第二電信號。第二電信號通過可調(diào)諧電子延遲裝置935 傳輸以校正光學(xué)線路的DGD，然后由模擬求和裝置或組合器940將第一 和第二電信號重新組合，以產(chǎn)生固定的輸出信號卯2。在一個可替選的實 施例中，另 一種可調(diào)諧電子延遲裝置(未示出)在第一電信號到ii^擬求和 裝置940前對其進行處理。進而，Mach-Zehnder(MZ)調(diào)制器(未示出)等 可以用于將激光器(未示出)的輸出調(diào)制為固定輸出信號902的函數(shù)，這樣 一來就導(dǎo)致了與光學(xué)線路的PMD效應(yīng)無關(guān)的光信號。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例的具有光纖偏振射束分離 器1025的PMD抑制器1000的框圖。偏振控制器1030光纖耦合到光纖 偏振射束分離器1025，其直接耦合到檢測器1005和1010。檢測器1005 的輸出通過可調(diào)諧電子延遲裝置1015而傳輸，以校正光學(xué)線路的DGD， 然后通過模擬求和裝置1020重新組合第一電信號，以產(chǎn)生固定的輸出信 號1002。這種構(gòu)造的一個優(yōu)點在于其裝配的相對簡單和容易。
盡管以上詳細說明了本發(fā)明的一些示范性實施例及其優(yōu)點，但應(yīng)當(dāng)理
解的是，在此能夠進行各種變化、替換和修改，而不脫離如所附權(quán)利要求 所限定的本發(fā)明的精神和范圍。進而，本發(fā)明的范圍并非限制在此處示出 的過程、機器、制造、裝置、方法和步驟的具體實施例。如本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員容易從本公開意識到的，根據(jù)本發(fā)明，可利用目前存在或日后將 要開發(fā)的其它過程、機器、制造、裝置、方法或步驟，其與此處說明的對 應(yīng)實施例執(zhí)行基4^目同的功能或達到基4^目同的結(jié)果。因而，所附的權(quán)利 要求書意在將這些過程、機器、制造、裝置、方法或步驟涵蓋在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于測量光學(xué)線路的差分群延遲(DGD)的方法，所述方法包括使用具有擾頻頻率的偏振擾頻器，經(jīng)由所述光學(xué)線路傳輸具有時鐘頻率(fc)和調(diào)制頻率的光信號；對于從由fc和fc/2組成的組中選擇的至少一個頻率，測量所述光信號的邊帶的光譜強度；以及使用所述測量的光譜強度來確定所述光學(xué)線路的DGD。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述光信號包括偽隨機二進 制序列(PRBS)非歸零(NRZ)信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，傳輸所述光信號包括使用波 分復(fù)用(WDM)信道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述擾頻頻率小于所述調(diào)制 頻率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述邊帶的光鐠強度與DGD 的正弦的平方成比例。
6. —種用于測量光學(xué)線路的差分群延遲(DGD)的方法，所述方法包括經(jīng)由所述光學(xué)線路傳輸光信號；在第一偏振態(tài)和第二偏振態(tài)之間改變光信號的偏振的同時，測量時鐘 頻率附近的所述光信號的光鐠強度的相對變化；以及使用所述光信號的光鐠強度的相對變化來確定所述光學(xué)線路的 DGD。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括通過控制光耦合到所 述光學(xué)線路的至少一個光學(xué)部件，以降低所述時鐘頻率附近的所述光信號 的光鐠強度，來校準所述光學(xué)線路的差分群延遲(DGD)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括通過控制光耦合到所 述光學(xué)線路的至少一個光學(xué)部件，以增加所述時鐘頻率附近的所述光信號 的光鐠強度，來校準所述光學(xué)線路的差分群延遲(DGD)。
9. 一種偏癡漠色散(PMD)抑制設(shè)備，包括光檢測器，其光耦合到光學(xué)線路，其中所述光檢測器可操作用來接收 具有時鐘頻率(A)的光輸入信號的 一部分并將所述光輸入信號轉(zhuǎn)換成電信號；射頻(RF)帶通濾波器，其電耦合到所述光檢測器，其中所述RF帶通 濾波器可操作用來對所述電信號進行濾波并被調(diào)諧至從由/e和A/2組成的 組中選擇的頻率；以及RF檢測器，其電耦合到所述RT帶通濾波器，其中所述RF檢測器 可操作用來測量所述濾波的電信號的強度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，進一步包括控制模塊，其電耦合到 所述RF檢測器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，進一步包括PMD抑制裝置，其 電耦合到所述控制模塊并光耦合到所述光學(xué)線路。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述控制模塊可操作用來 對從所述RF檢測器接收到的強度測量值進行處理。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述控制模塊可操作用來 控制作為所述強度測量值的函數(shù)的所述PMD抑制裝置之內(nèi)的至少 一個光 學(xué)部件。
14. 一種偏椒漠色散(PMD)抑制設(shè)備，包括光檢測器，其光耦合到光學(xué)線路，其中所述光檢測器可操作用來接收 具有時鐘頻率(/e)的光輸入信號的 一部分并將其轉(zhuǎn)換成電信號；時鐘恢復(fù)單元，其電耦合到所述光檢測器，其中所述時鐘恢復(fù)單元可操作用;Mc所述電信號中提取時鐘信號；第一組合器，其電耦合到所述時鐘恢復(fù)單元和所述光檢測器，其中所 述第一組合器可操作用來將所述提取的時鐘信號與所述電信號混和；第一低通濾波器，其電耦合到所述組合器，其中所述第一低通濾波器 可操作用*^所述第一組合器接收輸出信號并產(chǎn)生濾波后的電信號；以及第一射頻(RF)檢測器，其電耦合到所述第一低通濾波器，其中所述第 一 RF檢測器可操作用來測量/e處的所述濾波的電信號的強度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，進一步包括控制模塊，其電耦合到所述RF檢測器；以及PMD抑制裝置，其電耦合到所述控制模塊并光耦合到所述光學(xué)線路。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述控制模塊可操作用來 對從所述RF檢測器接收到的強度測量值進行處理。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述控制模塊可操作用來 控制所述PMD抑制裝置之內(nèi)的至少一個光學(xué)部件。
18，根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，進一步包括第二組合器，其電耦合到所述時鐘恢復(fù)單元和所述第 一組合器；第二低通濾波器，其電耦合到所述第二組合器的輸出；以及第二射頻(RF)檢測器，其電耦合到所述第二低通濾波器，其中所述 RF檢測器可操作用來測量2/e處的所述濾波的電信號的強度。
19. 一種偏振模色散(PMD)抑制裝置，包括 光纖循環(huán)器，其光耦合到光學(xué)線路；第一準直儀，其光耦合到所述光纖循環(huán)器； 偏振控制器，其光耦合到所述第一準直儀； 第一雙折射晶體，其光耦合到所述偏振控制器； 可調(diào)諧人/2板，其光耦合到所述第一雙折射晶體； 第二雙折射晶體，其光耦合到所述可調(diào)諧人/2板；以及 反射表面，其光耦合到所述第二雙折射晶體。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述第一和第二雙折射晶 體可^Ht用來補償所述光學(xué)線路的雙折射。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述偏振控制器可操作用 來補償出現(xiàn)在所述光學(xué)線路末端的偏振變化。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述可調(diào)諧X/2板可操作用 來控制所述第二雙折射晶體的效應(yīng)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述第二雙折射晶體包括 所述^^射表面。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，進一步包括: 偏,色散(PMD)測量模塊，其光耦合到所述光學(xué)線路；以及控制模塊，其電耦合到所述PMD測量模塊并可操作用來控制所述偏 振控制器和所述可調(diào)諧人/2板之中至少一個的操作。
25. —種用于校正光學(xué)線路的偏癡漠色散(PMD)的方法，所述方法包括將傳播通過所述光學(xué)線路的光信號分離成具有所述光學(xué)線路的第一 主偏振態(tài)的第 一部分和具有所述光學(xué)線路的第二主偏振態(tài)的第二部分；將所述第 一和第二部分轉(zhuǎn)換成第 一和第二電信號；使所述第二電信號延遲以產(chǎn)生補償所述光學(xué)線路的差分群延遲(DGD) 的延遲電信號；以及將所述延遲電信號與所述第一電信號混和、以產(chǎn)生固定輸出電信號。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進一步包括使所述第一電信號延遲。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進一步包括使用所述固定輸出電 信號來調(diào)制激光器的輸出。
28. —種偏抝漠色散(PMD)抑制設(shè)備，包括 偏振控制器；偏振射束分離器，其光耦合到所述偏振控制器并可^作用來將光信號 分離成具有光學(xué)線路的第 一主偏振態(tài)的第 一部分和具有所述光學(xué)線路的 第二主偏振態(tài)的第二部分；第一光檢測器，其光耦合到所述偏振射束分離器并可操作用來將所述 第 一部分轉(zhuǎn)換成第 一 電信號；第二光檢測器，其光耦合到所述偏振射束分離器并可操作用來將所述 第二部分轉(zhuǎn)換成第二電信號；可調(diào)諧電子延遲裝置，其電耦合到所述第二光檢測器并可^Mt用來補 償所述光學(xué)線路的差分群延遲(DGD);以及組合器，其電耦合到所述第一;3b險測器和所述可調(diào)諧電子延遲裝置， 其中所述組合器可操作用來產(chǎn)生固定輸出電信號。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，進一步包括另一個可調(diào)諧電子延 遲裝置，其電耦合到所述第一光檢測器和所述組合器。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，進一步包,制器，其電耦合到 所述組合器并可操作用來調(diào)制作為所述固定輸出電信號的函數(shù)的激光器 的輸出。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中，所述偏振射束分離器是光 纖偏振射束分離器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于偏振模色散抑制的系統(tǒng)和方法。在一個示范性實施例中，一種方法包括經(jīng)由光學(xué)線路傳輸光信號；在第一偏振態(tài)和第二偏振態(tài)之間改變光信號的偏振的同時，測量時鐘頻率(或該頻率的一半)附近的光信號的光譜強度的相對變化；以及使用光信號的光譜強度的相對變化來確定和校正光學(xué)線路的DGD。另一種方法包括將傳播通過光學(xué)線路的光信號分離成具有光學(xué)線路的第一和第二主偏振態(tài)的第一和第二部分；將該第一和第二部分轉(zhuǎn)換成第一和第二電信號，使第二電信號延遲以產(chǎn)生補償光學(xué)線路的DGD的延遲電信號；以及將延遲電信號與第一電信號組合，以產(chǎn)生固定輸出電信號。本發(fā)明進一步包括用于偏振模色散抑制的系統(tǒng)。
文檔編號H04B10/18GK101174905SQ20071016562
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者吉爾·布勒歇爾, 哈伊姆·查耶特, 埃雷爾·格拉諾特, 沙伊·察多克, 沙爾瓦·本-埃茲拉, 羅尼·達東, 耶胡達·甘茲, 莫蒂·卡斯皮, 阿里耶·舍爾, 魯文·扎伊貝爾 申請人:凱萊特光子學(xué)公司