用於包含延遲線的較高階色散補償的系統的製作方法
2023-05-28 20:18:21
專利名稱：用於包含延遲線的較高階色散補償的系統的製作方法
背景技術：
本發明涉及用於光信號色散補償的方法和系統。具體地說，本發明涉及一種用於較高階色散補償的方法，該方法採用至少兩個高頻脈衝的布拉格(Bragg)光柵，以選擇地調準已分解的兩個偏振信號的反射點，引起與可變較高階有關的延遲。
當前的長途通信系統需要在很長的距離上傳送光信號。在一光通信的信號中，數據是以一系列的光脈衝被送出的。信號脈衝由光的波長和偏振的分布組成，每個脈衝以它自己的特徵速率傳輸。在速度上的這個變化導致脈衝展寬，因而使信號變壞。由於速度與波長有關而引起的變壞稱之為色散，而由於與偏振有關的引起的變壞則稱之為偏振模式色散(OMD)。
在數學上，在波導中的光速v由下式給出v=cn---(1)]]>式中c是自由空間中的光束，而n是在波導中的有效折射率。
在正常的情況下，光媒質的有效折射率n，與光分量的波長有關。因此，具有不同波長的光的分量將以不同的速度傳播。
在波導中的有效折射率除了與波長有關之外，還可與光信號的偏振有關。即使在「單模」光纖中保持著兩個正交的偏振光，而且，存在著雙折射的情況下，這兩個偏振光以不同的速度傳播。在光纖中的雙折射的原因可能包括製造偏差和與時間有關的環境因素這兩者在內的許多原因。速度差導致在雙折射光纖內的兩個不同偏振模式之間的與偏振有關的傳播時間，即「差動群延遲」(differential group delay)(DGD)。在實際的光纖系統中，雙折射的大小和雙折射軸的取向沿光纖處處不同。這樣就在光信號上導致更複雜的效應，它是由「偏振基本態」即PSP的概念來表示其特徵的。PSP被定義為受到最大的有關DGD的兩個偏振態，而它們唯一表徵了該系統的瞬時狀態。
當信號通過光通信系統的不同部段傳播時，在由兩個偏振分量不同群速度的統計和引起的失真時測量偏振模式色散(PMD)。PMD包括一階PMD和較高階PMD，且是非確定性的。在一給定的波長上，一階PMD是差動偏振群延遲。長光纖的瞬時值可在長時間的間隔和短時間的間隔這兩者上發生變化，前者是由於諸如溫度漂移的慢變化引起的，而後者是由於諸如力學振動感生的偏振起伏而引起的。描述一階PMD平均值的係數可從對性能比較差的PMD光纖的大於2ps/km1/2變到對性能比較好的PMD光纖的小於0.1ps/km1/2。
二階PMD主要由兩個原因引起(i)隨波長而變的一階PMD；(ii)系統PSP(偏振基本態)的取向隨波長的改變，它導致PMD隨波長的變化。二階PMD導致與波長有關的群延遲，實際上，對可變色散是等價的，且符號可以或負或正。起伏的速度與一階PMD的起伏速度為同一量級。
有兩類色散確定性的和可變的。確定性色散是具有固定折射率波導單位長度上的固定色散。對一組給定的環境條件，確定性色散是比較固定的(例如，對標準單模光纖～17ps/nm·km)。例如，17ps/nm·km指的是10千米的(10km)系統，用帶寬為0.1納米(nm)來攜帶數據時，將經常到約17微微秒(ps)的色散。
可變的色散是通過由於例如添加或除去信道引起的光纖連接長度的改變和通過張應力和/或溫度起伏造成的。對色散將改變的量的預測，合理的值是在-500ps/nm到+500ps/nm的範圍內。
除了PMD和色散單獨的效應之外，還有由於色散和PMD這兩者同時存在而引起的較高階色散交叉項。所色散和二階PMD之間的這個交叉項具有為零的平均值，但可有非零的均方根(RMS)貢獻。類似於二階PMD項，該RMS值可有正或負的貢獻。類似於二階PMD項，該RMS值可有正或負的貢獻。RMS的貢獻大小，根據光纖的PMD係數可從小於1％的色散到與色散相同的量級。
色散對傳輸帶寬施加了嚴格的限制，特別是在橫越諸如越洋線路這樣的長距離上。在較高比特速率時，色散問題變得更加重要，此處在光脈衝間的間距是較小的，而此處較短的脈衝導致較寬的信號頻譜帶寬，加重色散的和較高階PMD的效應。在比特速率大於或等於40Gb/s時，即使對「好」的光纖(≤0.1ps/km1/2PMD係數)，長的長度連接也需要較高階的動態補償。由於需要附加的光-電-光信號轉換的位置，以允許電信號再生，或者限制總系統長度或者提高系統成本，色散可能受成為-抑制的因素。
在過去的色散補償器件中未曾合適的認識，測量和解釋過較高階色散。在提供較高階色散補償的解決方案中，對較高階色散中的原因和因素的了解是重要的。
對「好的」光纖(PMD係數為0.1ps/km1/2)的示範性計算表明
對「差的」光纖(1ps/km1/2)的示範性計算表明
PMD的二階係數可根據「二階偏振模式色散在模擬和數字傳輸上的影響」一文(IEEE J.of Lightwave Tech，JLT-16，NO 5 pp 757-771，May 1998)中所描述的理論來計算，該文通過引用結合在此。
二階PMD係數＝(一階PMD係數)2/1.73 (2)方程2僅計及最後的色散的均方根(RMS)。計算交叉項為交叉項＝171/2×(一階PMD係數)1/2×1.16 (3)所以，可理解為對具有高PMD係數的光纖，在由於通過二階PMD項和交叉項積累的色散而僅採用固定的色散補償時，PMD可能造成一個問題。這樣，當光纖的PMD係數變得較大或當比特速率達到較高時，就會導致有高值的未補償的色散。
從這個分析，可以計算到即使採用當今生產的最佳光纖(假設～0.025ps/km1/2)，在沒有實行動態的色散補償來消除二階PMD和交叉項的效應的情況下，對10Gb/s傳輸，傳播距離多半是限於≤3000km(色散＜0.3×100ps)，而對40Gb/s則是≤200km(色散＜0.3×25ps)。
許多文獻論文試圖解釋較高階色散補償的問題。一個方法是採用多部段PMD補償器。這樣一種方法多半是昂貴的，且也將受限於可達到的可變色散的數量。另一方法是選擇地添加專用的線性啁啾(chirped)到脈衝的各個部分，並通過具有校正標記的高色散元件傳送該脈衝來壓縮該脈衝。這樣一種方法可計及所有類型的色散。但是，這樣一種方法由於需要時鐘恢復和相位調製，所以多半是昂貴的，而且也僅能在接收器終端才可使用。而且，如果剩餘色散是低的，它才能工作。
對色散補償系統留下的需要，不僅要對PMD，而且還對色散和較高階色色散作動態的調節。已提高的長途通信系統的需要，諸如對溫度起伏補償和在不久的將未展望的由於光的添加/除去系統引起的可變路程長度的可能性的需要，要求一個動態的且在成本上是現實的補償系統。
發明概要本發明涉及一種較高階色散補償器，用於調諧一個具有第一偏振模式色散分量，二階偏振模式色散分量，和可變色散分量的信號。
該補償器包括調節偏振控制信號的一階偏振模式色散分量的第一調諧元件和調節二階偏振模式色散分量以及偏振控制信號的可變色散分量的第二調諧元件。該補償器還可包括把任意偏振的入射光轉變為具有所需偏振態的偏振控制信號的偏振控制器。
在一實施例中，第一調諧元件可包括差動較高階延遲線，該線包括耦合到接收偏振控制的信號的偏振光束分離器/組合器，此處該偏振光束分離器把偏振控制的信號分離成為第一偏振分量和第二正交的偏振分量。具有調諧到反射這第一偏振分量的第一光柵和第一參考反射點的第一波導被光耦合到接收這第一偏振信號。具有調諧到反射這第二偏振分量的第二光柵，並有第二參考反射點的第二波導被光耦合到接收這第二偏振信號。第一波導具有調諧到在第一參考反射點反射這第一偏振信號的第一啁啾光柵。第二波導被光耦合到並被對準到分離器的第二輸出口。第二波導具有調諧到反射這第二偏振信號的第二調頻脈衝光柵，並有第二參考反射點。根據本發明的該實施例，光柵的調頻脈衝可以是線性的、非線性的、或可具有較複雜的空間關係。對某些應用，光柵的長度可以是等於或大於1米。
在這第一示範性實施例中，兩個光柵都是用線性啁啾來完成一階PWD補償和固定色散色板補償的布拉格光柵。第一調諧裝置諸如通過在力學上使光柵處於受力狀態來調諧光柵中的一個光柵。
在其它的實施例中，兩光柵都可用非線性啁啾來完成除了固定和可變色散的這兩個補償之外，還要完成一階和二階PMD的補償。另外，可選擇更為複雜的啁啾圖形來完成更為專門的即較高階(三、四等階)的補償。
第一光柵和第二光柵這兩者都可具有基本上相同的反射外形和基本上相同的啁啾率；以及第一和第二反射點可在基本上相同的光路長度處。或者，在通過調諧裝置調節之前，光柵的反射點中的一點可能在比第二反射點離分離點較短的光路長度處。
第二調諧元件可包括具有第三非線性啁啾的布拉格光柵和調諧該第三光柵的第二調諧裝置的第三波導。在這第三非線性調頻脈衝布拉格光柵中的啁啾值的範圍可決定可變色散補償的相應範圍。
該系統還可能包括靜態色散元件，它包括對應於待補償固定色散量的第一和第二光柵平均啁啾的速率。
可採用環行器來規定光信號的路線。一實施例包括四通的環行器，該環行器具有光耦合到接收偏振控制信號的輸入口，光耦合到把控制器輸出信號傳輸到差動偏延遲線和接收該延遲線輸出的第一再環行口，和光耦合到把延遲線輸出信號傳輸到第二調諧元件和到第二調諧元件輸出信號的第二再環行口，以及充耦合到傳輸最後輸出信號的輸出口。
在另一示範性實施例中，第一調諧元件和第二調諧元件包括耦合到接收受偏振控制的信號的偏振光束分離器，在這裡，該分離器把受偏振控制的信號分離成第一偏振分量和第二正交的偏振分量。第一波導被光耦合到接收第一偏振信號，該第一波導具有調諧到反射這第一偏振信號並具有第一參考反射點的第一非線性啁啾光柵。第二波導被光耦合到接收第二偏振信號，該第二波導具有調諧到反射這第二偏振信號並具有第二參考反射點的第二非線性啁啾光柵。第一調諧裝置同時調諧第一和第二光柵這兩者，而第二調諧裝置則與第一光柵無關地來調諧第二光柵。補償器可具有靜態色散補償元件，其中第一和第二光柵的平均啁啾的速率對應於待補償的固定色散的量。
在這個實施例中，一階偏振模式色散補償元件包括第二調諧裝置和第二光柵，而一階偏振模式色散通過和第一光柵分開地調諧第二非線性啁啾光柵而取得的、二階偏振模式色散補償和可變色散補償元件包括第一和第二光柵以及第一調諧裝置，而可變色散補償和較高階偏振模式色散補償則通過一致地調諧第一和第二光柵而取得的。
在另一實施例中，較高階色散補償器包括耦合到接收輸入信號的色散補償器；光耦合到該色散補償器的相位調製器，其中該相位調製器有選擇地發出部分的啁啾；以及耦合到接收該相位調製器信號的動態色散元件。該可調動態色散元件包括具有調諧到反射這受偏振控制的信號的第一非線性啁啾光柵，並具有第一參考反射器的第一波導；以及調諧該第一光柵的第一調諧裝置。
該補償器可包括光耦合到判斷由光柵反射的信號並相應地提供控制信號到調諧裝置的信號分析器。該信號分析器還可提供控制信號到相位調製器。
這波導是示範性的光纖。在具體實施例中，該波導可以是光單模維持偏振(PM)光纖，起偏振(PZ)光纖，和/或做成某種形狀的光纖。
該補償器可以是適應的補償器，它還包括把控制信號提供到至少調諧裝置中之一的信號分析器。
該色散補償器可至少部分集成到諸如鈮酸鋰的集成光學晶片中。該波導可以是信道波導。另一調諧裝置可用聲學的，熱學的，電-光學的，或力學的方法來調諧光柵。
根據本發明一種用於對入射光通信信號的較高階色散的補償方法對一階偏振模式色散信號作補償；對二階偏振模式色散信號作補償；以及對可變色散信號作補償的步驟。另外，該方法可包括對固家色散作補償及控制入射信號的偏振的步驟。在補償步驟之後，可監控該信號，且根據監控來調節補償的程度。
對一階偏振模式色散信號作補償的步驟可包括控制該信號的偏振；把該信號分離成第一和第二正交偏振分量；在固定的線性啁啾光柵中，反射該第一偏振分量；在已調諧的線性啁啾光柵中，反射該第二偏振分量；以及重新組合該第一和第二偏振分量的步驟。
對二階偏振模式色散的信號作補償的步驟可包括在已調諧的非線性啁啾光柵中反射該信號的步驟。
在本發明的一特定的實施例中，該方法包括如下步驟·調節入射的光通信信號的偏振態來準確地使通信信號的偏振基本態對準到補償器系統的偏振基本態；·在分離點把通信信號分離成第一和第二正交的偏振基本態；·把偏振態的第一態傳輸到具有第一非線性啁啾光柵的第一波導，該光柵具有第一參考反射點；·把偏振態的第二態傳輸到具有第二非線性啁啾光柵的第二波導，該光柵具有基本類似於第一啁啾光柵的啁啾的圖形，並具有第二參考反射點；·通過改變沿著光柵的第一和第二反射點的位置，可調節地改變第一和第二反射的色散；·可調節地改變第一與第二反射點和分離點之間的相應光路長度來補償在偏振的第一和第二正交態之間的偏振色散；以及·把第一和第二偏振態重新組合成輸出信號。
本方法還包括對輸出信號質量取樣的步驟。採用該質量讀數，本發明可包括如下步驟·適應地調節入射信號的偏振態和相對於分離點的第二反射點的光路長度，響應輸出信號的質量而對一階偏振模式色散作補償，和/或·適應地調節相對於分離點的第一和第二反射點中的一個或兩個，以便對在信號中的色散作補償。
在可調地改變離第二反射點的光路長度的步驟之前，至少光柵中的一個可這樣來調節，使得第二反射點是在一所希望的點上，例如，象第一反射點一樣，在離分離點基本上相同的光路長度或不同的光路長度。其差可根據在第一和第二正交偏振態之間一期望的偏振色散來選擇。
在根據本發明用於對光通信信號的較高階色散作補償的方法的另一實施例中，該方法包括下列步驟·把通信信號分離成第一和第二正交基本偏振態，·把第一偏振態傳輸到具有第一線性啁啾光柵的第一高雙折射光波導，該第一光波導在第一光路長度處具有第一反射點；·把第二偏振態傳輸到具有第二線性啁啾光柵的第二可調高雙折射光波導，該第二光波導在第二光路長度處具有第二反射點；·把該第一和第二偏振態重新組合成輸出信號；·把該輸出信號傳輸到具有非線性啁啾光柵的第三高雙折射光波導，其中該光柵具有一反射點；·可調節地改變第二線性啁啾光柵的第二光路長度，以對在第一和第二正交偏振態之間的偏振色散作補償；以及·可調節地改變第三光柵中的光路以對在輸出信號中的較高階色散作補償。
第二啁啾光柵可具有基本上類似於第一啁啾光柵的啁啾圖形，該第二光柵具有與第一反射點一樣的基本上在離分離點相同的光路長度上的第二反射點。再一次，可對輸出信號取樣，入射信號的偏振態和第二反射點的光路長度可響應輸出信號的質量作調節。
附圖簡述
圖1是對根據本發明動態的、較高階色散補償方法的組成部分流程示意圖；圖2是根據本發明動態的、較高階色散補償系統的第一實施例的代表示意圖；圖3是根據本發明動態的、較高階色散補償器的第二實施例的代表示意圖；以及圖4是根據本發明動態的、較高階色散補償器的第三實施例的代表示意圖。
本發明的詳細描述本發明的目的在於用於較高階色散補償(HDC)的一種方法和一種系統，它可對由色散、偏振模式色散、較高階偏振模式色散和可變色散組成的較高階色散效應同時作出補償，而又把光損耗和在面上的設備減到最小。較高階色散補償被規定為包括色散散補償、偏振模式色散補償、二階偏振模式色散補償和可變色散補償。
本發明的一示範性實施例涉及一種適應的較高階色散補償器系統。該系統包括偏振控制器，差動偏振延遲單元，動態色散補償元件，和固定色散元件。在本發明的各種形式中，這些工作是由兩個，三個，或四個元件來完成的。例如，在一實施例中，所有這四個工作可由分離的元件來完成，而在另一實施例中，除了偏振控制之外的所有工作是由一個補償元件來完成的。
象布拉格光柵(FBG)這樣的啁啾反射型光柵被用於在正交的偏振之間產生時間延遲。在本發明的一示範性實施例中，在正交的偏振之間，至少用兩個啁啾布拉格光柵來產生時間延遲，同時包括根據光柵的啁啾和光柵的調諧水準的色散的校正量。一種信號分析法指出具體的色散部件的水準，或所色散散分量的水準，而一控制方案將採用這信號分析導致該系統優化。
待補償的信號可包括第一偏振模式色散分量，二階(和/或較高階的)偏振模式色散分量，可變(即動態)色散分量，和/或靜止(即固定)色散分量，和/或靜態(即固定)色散分量。圖1是根據本發明用於對信號提供較高階色散補償的示範性實施例中諸步驟的流程圖。入射信號142偏振控制器140，它把任意入射的偏振光轉換到具有所需偏振態的受到控制的輸出信號144。該受控的輸出信號經過把總的脈衝失真減到最小的固定色散補償器112出去。所引入的負色散量與逐步通向補償器的期望連接長度有關。對所討論的多個實施例，由於啁啾光纖布拉格光柵的使用，這個函數關係將隨下面的步驟同時完成。
信號的輸出是通過一階PMD補償器114發送的。然後，最後的信號通過可變色散補償器116發送，它除了對任意剩餘二階PMD作補償外，還對任何動態色散作補償。最後，該已補償的最後輸出信號148通過光信號抽頭118受到信號分析模塊120監控，該模塊把控制信號128輸出到諸如偏振控制器140和合適的色散補償元件110的控制元件。
對真空波長為λ的光信號作出最強反射的光柵周期Λ由下式給出Λ＝λ/2n (4)這裡n是波導的有效折射率。因此，通過控制Λ(x)，就可控制在光柵中信號脈衝的反射點，從而可控制傳播時間。而且，傳遞給從周期為Λ(x)的啁啾光柵被反射信號的色散，(該周期沿著該光柵具有相應的周期梯度dΛ/dx或「啁啾」由下式給出D=(Cddx)-1---(5)]]>通過正常的設計和調諧這光柵的周期Λ(x)，人們可控制在光柵中由脈衝經受到的色散和總的延遲這兩者。
色散測量技術所用的類型和數目可根據情況而變化。圖1示出採用了三種技術DOP測量法122，次諧波濾波124，和/或頻率調製126。對同時採用兩種或更諸如偏振監控程度和電的次諧波頻率濾波的測量技術可能會有優點的。不過，這樣可能會增加補償器的成本，因而希望僅採用一種技術。所示出的其它測量技術或這些技術的變型技術可能是有優點的。某些例子是橫向濾波；帶有掃描濾波器的DOP測量法；或使用比特誤差率測試器的直接目測分析或數字通信分析器。前饋和後饋測量技術這兩者都可被合適地用來分析信號。
從圖1中所示實施例的某些補償元件可與各種前饋方法或與相位調製補償方法結合起來以得到額外的功能度。
圖2是根據本發明較高階補償系統200的第一實施例的示意圖，此處二階色散和一階色散是通過分離的補償元件作補償的。通信信號242通過偏振控制器240進入該系統，其中入射信號242的偏振態是被修正過的。
然後，最後的控制器輸入信號244通過第一環行器250出去。環行器250具有耦合到接收控制器輸出信號244的輸入口，光耦合到把控制器輸出信號傳輸到包括，(在本示例中)，差動延遲線260的一階PMD和固定色散補償元件的再環行口(並為該反射信號提供返迴路徑)，以及耦合到把反射信號246傳輸到另一環行器252的輸出口。
差動延遲線260包括偏振光束分離器/組合器262，第一固定延遲元件270，以及第二可調延遲元件280。偏振光束分離器262把控制器輸出信號分離成兩個正交的偏振分量。一個偏振分量向下傳輸到第一固定延遲元件，它示範性地包括具有第一線性啁啾布拉格光柵274的第一對準的波導272。這第二偏振元件向下傳輸到第二延遲元件280，它示範性地包括具有第二線性啁啾布拉格光柵284的第二波導282。可選擇更為複雜的啁啾圖形來完成更具體的即較高階(三階，四階等)的補償。波導可以是雙折射的，從而抑制在兩個偏振模式各個之間的耦合。差動延遲元件包括第一波導和第二波導。該波導和分離器輸出口是光耦合的並通過匹配它們的纖芯和偏振軸來對準。
信號在相應於信號波長的光柵274和284內部的反射點處被反射。這個點在第二波導282中可用調諧裝置286調諧光柵184來改變。
調諧286可以通過改變光柵元件的有效周期以改變信號的參考反射點來可變地調節相對於分離點的一個或兩個參考點的光路長途。用於調諧光柵周期的裝置可包括施加軸向力學張力以伸張或壓縮光柵，施加電場用電-光來控制光柵的折射率，施加熱量用熱-光來控制光柵的折射率，或採用其它在本領域中所熟知的調諧裝置諸如用聲學和/或力學的方法(例如，通過伸張或壓縮光柵)。
波導272和282是示範性的光纖。在具體的實施例中，波導272和282要以是光單模的維持偏振(PM)光纖，起偏振的(PZ)光纖，和/或做成某種形狀的光纖，諸如在一般擁有的，待審批的美國專利申請09/515,187，和美國專利6,459,838中所描述的，對這兩文通過引用都結合在此。
在反射之後，當信號回到環行器250時，此時將對一階PMD作補償，這是因為在這兩個光柵反射點之間的光路長度差，和對固定的色散作補償，因為這兩個光柵具有對應於待補償的固定色散量的預先確定的啁啾率。因此，第一光柵274和第二光柵284的平均啁啾率決定固定色散補償的量。
在本示範性實施例中，第一光柵和第二光柵這兩者都有基本上相同的反射分布和基本上相同的啁啾率；以及第一和第二參考反射點基本上在相同的光路長度處。
或者，在通過和一調諧裝置調節之前，第一光柵的第一反射可在比第二反射點離光束分離器的分離點較短的或較長的光路長度上。相對於分離點的第一和第二參考反射點的初始位置(即，該區段的光路長度)，可對特定的應用作修整。在不超過調諧裝置範圍的期望DGD的應用中，該第一第二參考反射點可在相對於分離點基本上相同的光路長度處。或者，某一參考反射點可被偏離(即可具有不同的光路長度)以對所有的或部分的一階PMD作出補償。
本發明不同的部件，可被集成為諸如鈮酸鋰(LiNbO3)晶片上的一包含雙折射波導的集成光器件。在一實施例中，把偏振控制器和差動延遲集成到單個LiNbO3的晶片上。在另一實施例中，可把在波分復用(WDM)系統中來自相鄰信道的偏振色散補償器集成到單一LiNbO3的晶片上。顯然，也可採用基於其它材料系統的集成光器件。
於是，信號246通過第二環行器252出來，它對來自可變色散，較高階PMD色散補償器264反射之後的信號提供回歸的路徑。補償器264包括第三延遲元件290，它包括含有已調諧的第三光柵294的波導292。在這例子中，光柵294是被非線性地發出啁啾的。
示範性地，波導272、282和292是單模的光纖。在一示範性實施例中，這些光纖是維持偏振的光纖。通過合適地使用調諧裝置296調諧光柵294，(諸如通過施加張力或溫度梯度)將對可變色散和較高階偏振模式色散這兩者都作動態補償。必須要考慮在後面的區段中由非線性啁啾光柵294所感生的平均色散來調節在線性啁啾光柵274和284的啁啾量。於是，在非線性啁啾波導光柵中啁啾值的範圍將決定可變色散補償的相關範圍。
由於在寫入不同的啁啾和帶寬的光柵中的靈活性，所示三個光柵結構可使PMD、色散和可變色散散補償的量有一個很靈活的範圍，而又不改變配置。
再參考圖2，可把光軸頭耦合器耦合到環形器的輸出口以把輸出信號的採樣提供到分析器220。分析器220對延遲線輸出信號的質量作評估，並把控制信號提供給編振控制器和差動偏振延遲單元。來自對輸出信號248採樣的信號分析模塊220的控制信號228傳到偏振控制器240，用於線性啁啾波導光柵284的調諧裝置，和已調諧的非線性調諧波導光柵294。正如前面提到的，較佳的探測方法可根據情況而定。
在圖2中的色散補償元件的配置是示範性的。例如，人們可把可變色散/較高階PMD補償器放在一階PMD/固定色散補償器260之前。如果這已調諧的非線性啁啾波導光柵是已寫入維持偏振光纖(PMF)的光纖布拉格光柵(FBG)，由由於已添加的一階PMD補償，人們還可在可變色散/較高階PMD補償器264之前使用第二偏振控制器(未示出)以達到更高的功能度。還有，可用單個四埠的環行器來代替兩個三埠的環行器250和252，可省去一個元件。
在圖3中示出另一補償器300，它能完成動態較高階色散補償。在補償器300中，信號首先通過固定色散補償器312，使得只有一階PMD和較高階色散分量(二階PMD和可變色散)保留著。於是，它經過包含相位調製器380的一階和二階PMD與動態色散補償器和包含非線性啁啾布拉格光柵394的波導392出去。相位調製器380準時把啁啾[ps/nm]有選擇地加到部分信號去。相位校正模塊382為相位調製器提供控制信號327。相位校正模塊382的目的在於把由該模塊提供的啁啾的相位和周期與入射信號合適的相位和周期對準，例如一NRZ編碼的信號。於是，該啁啾信號經過環行器350出去，並進入包含非線性啁啾布拉格光柵394的波導392。非線性啁啾布拉格光柵392由調諧裝置396來調諧，使其具有正常的色散[ps/nm]水準。施加到部分信號的啁啾和由已調諧光柵394給予的色散的組合將準時具有壓縮脈衝邊緣的效果，從而對任何剩餘的和/或較高階色散分量作補償。
在從布拉格光柵394返回之後，信號348通過一輸出再環行口離開環行器350，並被信號分析模塊320取樣。信號分析模塊320把合適的控制信號供給到調諧裝置396以適應地調諧非線性啁啾光柵394。由於相位調製器和色散的元件(非線性啁啾FBG)的組合對所有類型的色散作出補償，所以對信號分析的示範性選擇物是次諧波濾波器。同樣，對這種補償法的示範性位置是在連接物的接收端，從這裡對出現的電錶示信號抽頭。在這場合下，在環行器350之後將會是一接收器，使得信號348將是電信號而不是光信號。
這方法可結合其它元件來使用。例如，可把一階PMD補償器與補償器300連在一起使用以減少待補償的偏振色散。這在與高的PMD連在一起以減少動態較高階色散補償器的必須補償範圍時應是非常有利的。
圖3另一可替換的實施例，將有信號分析模塊320來控制已調諧的光柵392和相位校正模塊380這兩者來優化通過調諧器加到信號的啁啾上的和在光柵中經受到的色散的組合性能。
另一示範性實施例將採用無固定色散補償元件312或採用一個基本上對固定色散補償元件312的固定補償的或多或少的合宜之值。如果是這樣，可把可調諧色散元件394的有關範圍調節到正常的水平以對所有的色散項作補償。就是說，可把可調諧色散元件394調節到對固定的和可變的色散作補償和可把相位調製器380調到能使已添加的相位和色散元件394的組合可對餘下的色散作補償。這可能在補償程序中給予全部補償系統以更加多的靈活性和範圍。
另一示範性實施例將有已寫入到例如維持偏振的光纖的高雙折射波導中的非線性調諧光柵394，且還包括偏振控制器以控制進入非線性啁啾光柵394的信號的偏振。這實施例可能被實現前面描述的兩種方法中的一種一用或者不用固定色散補償元件312。在偏振控制和非線性啁啾希拉格光柵組合的場合下出現的固定色散補償元件312，可被用於對所有的或部分一階偏振模式色散作補償。固定色散元件312將對在入射信號中出現的固定色散作補償。於是，相位調製器和色散的瞬時值的組合可被優化來對餘下的色散分量作補償。在固定色散補償元件312不出現的場合下，對通過相位調製和色散元件組合的待補償的餘下項也將包括固定色散項。
圖4示出根據本發明補償系統400的另一實施例。系統400便於使較高階色散補償概念以較少的級集成。輸入信號442通過偏振控制器440進入系統400，該控制器把入射的信號偏振態轉換成具有所需偏振態的信號444。在信號444通過環行器450的再環行口出去之後，它被光耦合到延遲組件460的偏振光束分離器/組合器462。該延遲組件還包括第一延遲元件470和第二延遲元件480。信號444被分離成它的正交的分量，每個分量被傳輸到分離器/組合器462的輸出口。這兩個信號同時橫越過第一延遲元件470和第二延遲元件480，第一延遲元件包括包含第一非線性啁啾光柵474的第一波導472和包含第二非線性啁啾光柵484的第二波導482，而第二延遲單元480則包括包含第二非線性啁啾光柵484的第二波導482。
第一光柵474和第二光柵484具有同時控制這兩個光柵的調諧裝置490。第二光柵484具有獨立調諧光柵484的附加調諧裝置492。固定色散補償是通過把啁啾的正確平均值寫入非線性啁啾波導光柵474和484來完成的。可變色散補償和較高階PMD補償是通過一致地調諧474和484，例如，改變它們兩者的一相同量的溫度來僅取得的。一階PMD補償是通過分開地調諧第二非線性啁啾光柵484，例如通過使它處於受力狀態來取得的。可以採用調諧的類型並不限於溫度或受力調諧，且每一個都可用於一波調諧或分開調諧。
從光柵反射之後，已補償的信號446由偏振分離器組合器462馬上重新組合，並通過環行器450繼續返回到該環行器的輸出口。本發明的一示範性實施例可包括光抽頭耦合器452，且在環行器450後面的信號分析模塊420。根據所選的檢測方法和是否採用前饋或後饋的算法，抽頭耦合器452可放在系統不同的地方。信號分析模塊420把控制信號428提供到調諧裝置490和492，以及到偏振控制器440。
上述的方法和系統可能導致在信號的兩偏振分量之間感生的少量剩餘固定色散。對於少量的一階PMD來說，這多半是能接受的，正如基於光纖布拉格光柵的一示範性系統中在下面的計算中所示的。
在一示範性系統中，如果入射一階(PMD(DGD)是最大期望值為100ps，則上述設計的光柵可優先地在信號的兩正交偏振分量之間添加10ps/nm的剩餘色散。由於PMD具有隨時間的麥克斯威分布，使得如果最大期望值為100ps，大多數時間所看到的實際量分更加少些，所以這個量通常應是更加低些。而且，增加光柵長度或改變設計，要不然可進一步減少這數量。上面的結構將導致用於對任何類型色散或在緊密方式的因素中色散類型的任何組合作補償的一種極為靈活、低損耗的方法。
在圖4的示範性實施例中，波導472和482是由維持偏振的光纖製成的。在一可替換的實施例中，可把該波導集成在諸如鈮酸鋰晶片的集成光學晶片上。另外，把諸如偏振分離器/組合器462和偏振控制器440等更多的補償系統器/組合器462和偏振控制器440等更多的補償系統部件結合到集成光學晶片中，可能是有好處的。對圖4的一可替換的配置可把偏振控制器440放在環行器450和偏振分離器/組合器462之間的位置上。這將方便某個或所有這些部件一起集成在一起光學晶片上。例如，一示範性實施例可把偏振控制器440，偏振分離器/組合器462，和波導472與482集成在一塊基底。
在本領域中的技術人員將理解本發明可用在需要較高階補償的種種光學應用中。儘管本發明已用對較佳諸實施例的參考來描述，但本發明可在不背離本發明範圍的情況下，以其它的具體形式來實現。因此，應該知道在這裡所描述和圖示說明的諸實施例僅是示範性的，不能把認為是對本發明範圍的限制。根據本發明範圍可作出其它的變化和修改。
權利要求
1.一種用於調節偏振控制信號的較高階色散補償器(400)，所調節的信號具有第一偏振模式色散分量、第二階偏振模式色散分量和可變色散分量，所述補償器包括a)第一調節元件，調節偏振控制信號的第一階偏振模式色散分量；和b)第二調節元件，調節偏振控制信號的第二階偏振模式色散分量及可變色散分量。
2.如權利要求1所述的色散補償器，其特徵在於，第一調節元件和第二調節元件包括a)偏振光束分離器(462)，其耦合接收偏振控制信號，在其中偏振光束分離器將偏振控制信號分離到第一偏振元件和第二正交偏振元件中；b)第一波導(472)，光耦合接收第一偏振信號，第一波導具有調節反射第一偏振信號的第一非線性啁啾光柵(474)和第一參考反射點；c)第二波導(482)，光耦合接收第二偏振信號，第二波導具有調節反射第二偏振信號的第二非線性啁啾光柵(484)和第二參考反射點；d)第一調諧裝置(490)，同時調節第一和第二光柵；和e)第二調諧裝置(492)，獨立於第一光柵調節第二光柵。
3.如權利要求2所述的色散補償器，偏振控制信號還包括固定色散偏振分量，該補償器包括固定色散偏振元件，其中補償與固定色散量相應的第一和第二光柵的平均啁啾的速率。
4.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，第一階偏振模式色散補償元件包括第二調諧裝置和第二光柵，且通過與第一光柵相分離地調節第二非線性啁啾光柵取得第一階偏振模式色散補償。
5.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，第二階偏振模式色散補償和可變色散偏振補償元件包括第一和第二光柵和第一調諧裝置，且通過一致地調節第一和第二光柵得到可變色散偏振補償和較高階偏振模式色散補償。
6.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，補償器是適應補償器，還包括提供控制信號到至少調諧裝置之一的信號分析器(420)。
7.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，波導是光纖。
8.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，波導是單模偏振保持光纖。
9.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，波導是單模偏振光纖。
10.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，波導是某種形狀的光纖。
11.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，光柵是光纖布拉格光纖。
12.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，色散補償器至少部分集成到集成光學晶片中。
13.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，波導是集成光學晶片中的信道波導。
14.如權利要求13所述的色散補償器，其特徵在於，集成光學晶片是鈮酸鋰晶片。
15.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，分離器是將反射的第一和第二偏振元件重新組合的分離/組合裝置。
16.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，第一光柵和第二光柵都具有基本相同的反射外形和基本相同的啁啾率；且第一和第二參考反射點基本處於相同的光路長度上。
17.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，在由調諧裝置調節之前，第一光柵的第一反射點處於來自分離點的比第二反射點較短的光路長度。
18.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，調諧裝置向光纖施加機械張力。
19.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，調諧裝置包括聲學、熱、電-光或機械調節光柵的裝置。
20.如權利要求2所述的色散補償器，其特徵在於，第一和第二光柵測量至少一米。
21.用於調節任意偏振信號的較高階補償器，該補償器包括a)偏振控制器，將任意偏振的入射光轉換到具有所需偏振態的偏振控制信號；和b)如權利要求2所述的補償器。
22.適應性較高階色散補償器，其特徵在於，包括a)偏振控制器，將任意偏振入射光轉換成具有所需偏振態的偏振控制信號；b)差動較高階延遲線，光耦合接收偏振控制信號，該延遲線包括i)偏振光束分離器，耦合接收偏振控制信號，此處偏振光束分離器將偏振控制信號分離成第一偏振信號和第二正交偏振信號，ii)第一光纖非線性啁啾布拉格光柵，耦合接收第一偏振信號，iii)第二光纖非線性啁啾布拉格光柵，耦合接收第二偏振信號，iv)第一調諧裝置，獨立地調節第一光柵，v)第二調諧裝置，一致地調節兩個光柵，和vi)組合裝置，將兩個反射的正交偏振信號再組合到延遲線輸出；以及c)信號分析器，光耦合到採樣延遲線輸出，其中分析器計算延遲線輸出信號並控制偏振控制器和調諧裝置。
23.適應性較高階色散補償器，其特徵在於，包括a)偏振控制器，將任意偏振入射光轉換成具有所需偏振態的偏振控制信號；b)差動較高階延遲線，光耦合接收來自偏振控制器的控制器輸出信號，該延遲線包括i)偏振光束分離器，具有耦合接收控制器輸出信號的輸出部分、分離點、第一和第二輸出部分、此處在分離點控制器輸出信號分離為第一和第二正交偏振信號，第一和第二偏振信號分別引到第一和第二輸出部分，ii)第一波導，光耦合併對準第一輸出部分，第一波導具有調節反射第一偏振信號的第一非線性啁啾光柵並具有第一參考反射點，iii)第二波導，光耦合併對準第二輸出部分，第二波導具有調節反射第二偏振信號的第二非線性啁啾光柵並具有第二參考反射點，iv)第一調諧裝置，包括第一和第二調諧裝置，都耦合到第一和第二光柵，這裡調諧裝置以基本相同的量調節兩個光柵，v)第二調諧裝置，包括第二調諧裝置，其中第二調諧裝置獨立地調節光柵之一，vi)組合裝置，將兩個反射的正交偏振信號再組合到延遲線輸出；以及c)信號質量分析器，光耦合到採樣延遲線輸出，其中分析器計算延遲線輸出信號的質量並提供控制信號到偏振控制器和差動延遲線。
24.一種用於調節偏振控制信號的較高階色散補償器，所調節的信號具有第一偏振模式色散分量，第二階偏振模式色散分量和可變色散分量，其特徵在於，該補償器包括a)耦合接收偏振控制信號的偏振光束分離器，其中偏振光束分離器將偏振控制信號分離為第一偏振分量和第二正交偏振分量；b)第一光波導，光耦合以接收第一偏振信號，第一波導具有調節以反射第一偏振信號的第一非線性啁啾光柵和第一反射參考點；c)第二光波導，光耦合以接收第二偏振信號，第二波導具有調節以反向第二偏振信號的第二非線性啁啾光柵和第二反射參考點；d)第一調諧裝置，同時調節第一和第二光柵；和e)第二調諧裝置，獨立於第一光柵調節第二光柵。
全文摘要
一種高階色散補償器，具有第一階和第二階偏振模式色散補償元件，包括偏振光束分離器，耦合接收偏振受控信號並將其分離為第一偏振分量和第二正交偏振分量。第一波導具有接收第一偏振信號的第一非線性啁啾光柵。第二波導具有接收第二偏振信號的第二非線性啁啾光柵。第一調諧裝置同時調節第一和第二光柵，第二調諧裝置獨立地調節第二光柵。該補償器也可以具有固定色散補償元件。
文檔編號H04B10/2569GK1659809SQ02826430
公開日2005年8月24日 申請日期2002年12月19日 優先權日2001年12月31日
發明者T·L·史密斯, B·J·科克, B·A·迪伯恩 申請人:3M創新有限公司