配置用於連續設定點控制的可調色散補償器的製作方法

2023-07-18 19:05:01

專利名稱：配置用於連續設定點控制的可調色散補償器的製作方法
技術領域：
本發明的實施例通常涉及光通信系統中的色散補償，更具體地，涉及配置用於連續設定點控制的可調色散補償器。
背景技術：
在具有諸如40(ibS和更快的高數據速率的光通信系統中，存在由構成系統的光學介質中的色散引起的顯著的透射代價。由於任何光脈衝具有有限的譜或帶寬，因此色散可能嚴重地影響光學系統中的光脈衝的傳播，並且因此色散可能使光脈衝的不同的頻率分量以不同的速度傳播。結果，該速度變化使光學信號的光脈衝在它們行進通過光學介質時擴寬。這種被稱為「脈衝展寬」的現象在未被檢查的情況下可能引起增加的位錯誤率。固定色散補償器通常用在光學系統中以執行體色散補償，僅留下殘餘色散。殘餘色散是光學信號的色散和用於在光學系統中的特定位置執行體色散補償的固定色散補償器之間的不完美的匹配的產物(artifact)。由於高速光學系統中的間距小的光脈衝在例如 40 Gbps和更快的高位速率下通常較易受脈衝展寬影響，因此殘餘色散可能造成這些系統的顯著的透射代價。諸如用在海底網絡中的長程光學系統也類似地在例如10 (ibps的較低的位速率下易受影響。可調色散補償器(TDC)通常用在光通信系統各處以補償殘餘色散，並且可以精確地進行調節以消除系統中的特定位置處的色散的影響。已知色散是作為波長的函數的、光學信號的光脈衝的光學群延遲響應的改變速率。因而，一種用於補償色散的方法牽涉使光學信號通過TDC，該TDC產生關于波長的、與光學介質引起的光學群延遲響應的改變速率相反的光學群延遲響應的改變速率。然而，當TDC的色散設定點改變時(其定期發生)，諸如當光通道被添加到光學系統中的節點或者通過具有不同色散特性的不同光學鏈路重新路由時，出現了問題。向鏈路提供包含TDC的應答器牽涉監控鏈路的眼圖代價(EOP)或位錯誤率(BER)以及使用TDC以使用收斂算法使EOP最優化。對於新提供的鏈路，TDC的色散設定點通常也被設定為新值。 由於TDC的色散突然從一個設定點值調節到另一個設定點值，因此光通道典型地喪失連續性，即光通道在到達期望狀態之前通過由TDC的不受控的色散引起的不可預測的信號失真的時段。具體地，當基於標準具的TDC的色散設定點改變時，TDC修改其中包含的每個可調標準具的光學群延遲響應以便於提供新請求的色散補償值。如果TDC突然將標準具的光學群延遲響應改變為新的設定點，則通常不能維持光學性能，並且對於有限時間，光通道可能不符合光學系統的性能規範，即非常不合乎需要的條件。這是因為，當色散從一個設定點調節到另一設定點時，光通道在到達期望狀態之前可能通過由不受控的TDC色散引起的不可預測的信號失真的時段。可替換地，為了一直確保光通道的性能參數的連續性，TDC可以通過一系列小的設定點改變來修改每個標準具的譜設定點。在色散設定點的每個小步進變化中，PID (比例-積分-微分)控制器使光通道的所有光學參數的過衝和下衝最小，從而TDC在每個步進中「安定」在穩定的光學性能。該方法防止光通道的不連續的光學性能，但是非常耗時間，例如大約幾分鐘。因此，當針對TDC發出新的色散設定點時，光通信系統可能受到延長的調節時間或者不連續的光學性能的時段的困擾。因此，在本領域中需要一種快速地將TDC從第一色散設定點調整到第二色散設定點的方法，其避免了光通道的不連續的光學性能。

發明內容
本發明的一個或多個實施例提供了用於將可調色散補償器(TDC)從第一色散設定點調整到第二色散設定點，同時維持色散的連續性並且使調節時段期間由TDC引起的其他損害最小的方法。根據本發明的實施例的對具有多個光學群延遲調節元件的可調色散補償器進行調節的方法包括如下步驟接收新的TDC設定點，根據當前的和新的TDC設定點計算TDC設定點軌跡，對於與TDC設定點軌跡對應的光學群延遲調節元件的調節係數生成目標軌跡， 以及控制光學群延遲調節元件的調節係數以跟蹤目標軌跡。在該方法中，由於維持了色散的連續性並且在調節時段期間使TDC引起的其他損害最小，可以在到達新的TDC設定點之前停止調節係數的控制，並且該控制停止時到達的TDC設定點表示有效TDC設定點。根據本發明的實施例的改變具有至少第一光學群延遲調節元件和第二光學群延遲調節元件的可調色散補償器(TDC)的設定點的方法包括如下步驟檢索第一和第二目標調節係數軌跡，每個軌跡對應於新的TDC設定點，控制第一光學群延遲調節元件的調節係數以跟蹤第一目標調節係數軌跡並且控制第二光學群延遲調節元件的調節係數以跟蹤第二目標係數軌跡。根據本發明的實施例的可調色散補償器包括至少第一和第二光學群延遲調節元件以及監控第一和第二光學群延遲調節元件的光學群延遲的控制器，並且控制器被配置為根據第一和第二光學群延遲調節元件的目標光學群延遲係數軌跡來控制第一和第二光學群延遲調節元件的調節係數。


以能夠詳細理解本發明的上述特徵的方式，參照實施例給出了上文簡要總結的本發明的更具體的描述，在附圖中圖示了一些實施例。然而，應當注意，附圖僅圖示了本發明的典型實施例並且因此不應被視為其範圍的限制，本發明可以準許其他同樣有效的實施例。圖1是可以受益於本發明的實施例的可調色散補償器(TDC)的概念框圖。圖2是圖示TDC的標準具的光學群延遲響應的曲線圖。圖3是圖示根據本發明的實施例的TDC的累積光學群延遲響應的曲線圖。圖4是圖示具有相對差的光學群延遲波紋的TDC的累積光學群延遲響應的曲線圖。圖5是可以受益於本發明的實施例的包括Gires-Tournois (邁克耳孫)幹涉儀 (GTI)標準具組件的陣列的TDC的功能框圖。圖6是圖示根據本發明的實施例的，當TDC從第一色散設定點變為第二色散設定點時關於五個固態GTI標準具的溫度軌跡的曲線圖。圖7是圖示根據本發明的實施例的、當TDC從第一色散設定點變為第二色散設定點時的標準具溫度軌跡的曲線圖。圖8是以分步的方式總結根據本發明的一個或多個實施例的用於將TDC從第一色散設定點調整到第二色散設定點的方法的流程圖。為了清楚起見，在適當的情況下使用了相同的附圖標記表示圖與圖之間共同的相同元件。設想一個實施例的特徵可以併入在其他實施例中而無需進一步說明。
具體實施例方式本發明的實施例設想用於將可調色散補償器(TDC)從第一色散設定點調整到第二色散設定點，同時在調節時段期間維持色散的連續性的方法。具體地，通過在時域中遵循預定色散軌跡使TDC的色散從第一設定點變為第二設定點，從而在TDC在第一和第二設定點之間變換期間一直維持光通道的連續性。TDC由多個光學調節元件構成，每個光學調節元件向TDC的累積光學群延遲(即TDC的色散)貢獻一個或多個光學群延遲峰。在預定的色散軌跡上的每個點處，將每個光學調節元件的光學群延遲調整到特定的已知的設定，以提供滿足光通道的連續性要求的累積光學群延遲。TDC色散從第一設定點連續變化到第二設定點，而非通過一系列小步進，其中每個步進牽涉通過閉環控制的收斂的耗時處理。在一些實施例中，實現停止命令以在獲得最優的BER、EOP或其他系統反饋時鎖定TDC色散。在一些實施例中，使溫度軌跡和PID控制係數最優化以便TDC色散儘可能快速地從第一設定點移動到第二設定點。圖1是可以受益於本發明的實施例的TDC 100的概念框圖。如所示出的，TDC 100 具有多個光學調節元件，即元件101-110，它們順序級聯以處理引入的光通道120。在可替換的實施例中，TDC可以包括比十個更多或更少的標準具。標準具101-110可以包括任何適當的標準具結構，諸如Gires-Tournois (GT)標準具、Fabry_P6rot (法布裡-珀羅)(FP) 標準具以及它們的組合。Fabry-Perot標準具典型地由具有兩個反射表面的透明板製成。可替換的設計由其間具有間隙的一對透明板構成，任何成對的板表面形成兩個反射表面。GT標準具基本上是具有一個高度反射的表面的FP標準具。作為波長的函數的FP標準具的透射譜呈現與標準具的諧振對應的周期性透射峰，並且已知該透射峰的波長由於熱光效應和熱膨脹而隨標準具的溫度變化(例如，調節係數)。熱光效應，即折射率隨溫度的變化，改變了標準具的反射表面之間的光程長度，並且熱膨脹係數(CTE)改變了標準具的反射表面之間的物理間距。 每個標準具101-110具有關聯的光學群延遲響應，其在下文中結合圖2描述。由於該光學群延遲響應在頻域中的位置是標準具的透射峰的中心波長的函數，並且由於透射峰波長隨標準具的溫度變化，因此通過改變標準具的溫度可以在頻域中調整標準具的光學群延遲響應。換言之，每個標準具的調節係數控制調整標準具的光學群延遲響應的中心頻率的標準具的自由譜範圍(FSR)。所描述的調節係數與溫度控制相關，然而應當注意，可以使用其他調節係數，諸如電壓/電流控制、材料機械控制、材料張緊/拉伸光纖、光機械、磁光、或者載波引入的折射率改變。圖2是圖示TDC 100的標準具101的光學群延遲響應201的曲線圖200。光學群延遲響應201相對於光波長以皮秒(ps)為單位對標準具101的光學群延遲進行量化。諸如介質鏡、一段光纖或標準具的光學元件的光學群延遲被定義為譜相位改變相對於角頻率的導數，並且具有時間的單位。如所示出的，光學群延遲響應201具有至少一個光學群延遲峰 201A，其位於光通道120的通帶121中。作為示例，圖2中圖示的光通道120具有從1M4. 9 nm延伸到1M5. 7 nm的通帶。應當理解，本發明的實施例對於具有與光通道120基本上不同(在帶寬方面或者在頻域中的位置方面)的通帶的光通道同樣有利。在圖2中，光學群延遲峰201A被示出為基本上以波長1M5. 3 nm為中心，但是由於可以通過改變標準具101的溫度在頻域中調整延遲峰201A的位置，因此延遲峰201A不固定在波長1M5. 3 nm。移除光通道中的殘餘色散通常牽涉對色散進行量化，隨後調節TDC以補償測量的色散。在作為光波長的函數的光學群延遲響應的曲線圖上，測量的殘餘色散由光學群延遲響應的斜率，即光學群延遲響應相對于波長的改變速率來表示。對於基於標準具的TDC，可以通過合成光學群延遲響應曲線來產生補償色散，該光學群延遲響應曲線具有與測量的光學群延遲響應斜率(即測量的殘餘色散)相等但符號相反的相對于波長的斜率。通過調整 TDC標準具的光學群延遲響應並且對其求和以形成具有期望的斜率的累積光學群延遲響應，來合成補償光學群延遲響應曲線。每個標準具的光學群延遲響應在波長域中的位置通過控制關聯的標準具的溫度來進行調整。圖3是圖示根據本發明的實施例的TDC 100的累積光學群延遲響應301的曲線圖 300。此外，曲線圖300分別示出了關於標準具101-110的光學群延遲響應201-210。累積光學群延遲響應301是標準具101-110的各個光學群延遲響應201-210的和。當進行調整以適當地補償光通道120的殘餘色散時，累積光學群延遲響應301具有基本上線性的斜率 320，該斜率320與針對光通道120測量的殘餘色散，即光學群延遲響應改變速率相等但是符號相反。此外，當累積光學群延遲響應301具有線性斜率的部分基本上以光通道120的通帶為中心時，累積光學群延遲響應301更有效地補償光通道120中的殘餘色散。在圖3中，累積光學群延遲響應301被示出為具有基本上線性的斜率320，這是理想情況。實際上，由於通過疊加一系列鐘形曲線，即光學群延遲響應201-210來合成累積光學群延遲響應301，因此斜率320僅近似直線並且因此將由特定的「光學群延遲波紋」的度量來描述其特徵。光學群延遲波紋是對斜率320相對於具有恆定斜率的理想直線的變化進行量化的光通道的光學性能的度量，並且可以被定義為餘項函數的最大峰峰波紋，其中餘項函數是累積光學群延遲響應和擬合到累積光學群延遲響應的直線函數之間的差。圖4是圖示具有相對差的光學群延遲波紋的TDC的累積光學群延遲響應401的曲線圖400。如所示出的，斜率420大大不同於如虛線421指示的具有理想線性斜率的最佳擬合線性逼近。已知通過重新定位每個光學群延遲響應201-210的峰響應的中心波長，可以使包括斜率320、累積光學群延遲響應301的定中心以及斜率320的光學群延遲波紋的TDC的光學性能最優化。如上文所述，通過單獨地控制每個關聯的標準具的溫度使每個光學群延遲響應201-210相對于波長重新定位。每個標準具的材料可以被選擇為增強熱光效應並且從而增加每個標準具在TDC調節期間可以在其上定位的波長範圍。已知基於矽的材料具有大的熱光係數。例如，單晶矽的熱光係數在用於調節標準具的溫度範圍上約為1.9至 2. 4X10_4每開氏度。因而，由無定形矽、多晶矽和優選地單晶矽形成的標準具良好地適於受益於本發明的實施例。相似地，每個標準具的尺寸和表面反射率可以被選擇為使得在調節處理期間，每個標準具的光學群延遲響應基本上位於光通道120的帶通中的任何點處。這樣，每個標準具的光學群延遲響應可以用於對TDC累積光學群延遲響應(即累積光學群延遲響應301)的正的或負的斜率有貢獻。圖5是可以受益於本發明的實施例的包括Gires-Tournois幹涉儀(GTI)標準具組件501的陣列的TDC 500的功能框圖。該陣列包括多個GTI標準具組件501，例如12-16個或更多。TDC 500包括控制器502，其可以在物理上併入在具有GTI標準具組件501的TDC 500的結構中，例如併入在印刷電路板組件上，或者可以相對其遠程設置。控制器502電子耦合到每個GTI標準具組件501，並且可以包括一個或多個通用處理器，諸如微處理器、數位訊號處理器(DSP)和/或例如專用集成電路(ASIC)的專用處理器。根據需要，控制器502 還包括存儲器塊，其包括ROM、RAM、EEPROM、Flash (快閃記憶體)或者其他存儲器塊，以便於通過 TDC 500的本發明的實施例的執行。TDC 500的每個GTI標準具組件501包括固態GTI標準具506，加熱器503和設置在固態GTI標準具506上的溫度感測器件504，以及一個或多個光學元件，諸如光纖準直元件508，以便根據需要在進入和離開每個GTI標準具組件501時引導、對準、準直和/或聚焦光通道120。加熱器503可以是任何適當的加熱器件，其可由控制器502控制以向固態GTI 標準具506提供用於TDC調節目的的所需的熱能。在一個實施例中，加熱器503是電阻加熱器元件，諸如在固態GTI標準具506的一個或多個表面上形成的薄膜陶瓷元件。溫度感測器件504可以是具有適當的尺寸、靈敏度、響應時間和通信接口的任何溫度感測裝置，以在TDC調節期間向控制器502提供準確的和精確的溫度反饋。在一個實施例中，溫度感測器件504是負溫度係數(NTC)熱敏電阻。輸入光纖505將諸如光通道120的光通道引導至第一 GTI標準具組件501，並且在TDC 500執行色散補償之後，輸出光纖509引導光通道離開TDC 500。光纖507以所示的級聯序列的形式將GTI標準具組件501彼此光學連結。TDC 500通過使用關於每個GTI標準具組件501的單獨的閉環控制將色散維持在期望的色散設定點。基於在TDC 500的正常操作之前執行的特徵化，已知關於每個GTI標準具組件501的相對于波長的光學群延遲響應是標準具溫度的函數，即在每個標準具的光學群延遲響應和標準具溫度之間已建立了一對一映射。此外，特徵化處理可以確定產生關於特定色散設定點的適當的累積光學群延遲響應的GTI標準具組件501的光學群延遲響應的最優定位。因此，通過將TDC 500中包含的每個標準具的溫度控制為預定值，可以在操作期間由TDC 500合成適當的累積光學群延遲響應以補償光通道中的測量的殘餘色散。這裡提到的GTI標準具組件501的特徵化可以包括經驗和預測方法，即測量數據和理論數據。 該特徵化可以在多個波長通道、多個溫度處執行，並且以足夠細微的增量執行以考慮作為波長通道和溫度的函數的光學群延遲響應中的任何非線性。本領域的技術人員在執行TDC 500和GTI標準具組件501的這種特徵化之後，可以容易地設計關於任何特定的色散設定點的適當的累積光學群延遲響應，以及用於使諸如TDC 500的TDC從第一色散設定點變為第二色散設定點的標準具溫度軌跡。根據本發明的實施例，在下文中結合圖6描述標準具溫度軌跡。在操作中，TDC 500通過使用控制器502、加熱器503和溫度感測器件504執行每個GTI標準具組件501的單獨的閉環溫度控制來維持與色散設定點匹配的累積光學群延遲響應。為了清楚起見，現在根據單個GTI標準具組件501描述閉環控制。控制器502將由箭頭511示出的功率輸入提供給加熱器503。施加到加熱器503的功率水平可以是電壓控制的或電流控制的。控制器502施加的功率根據固態GTI標準具506相對於溫度設定點的當前溫度，增加、減少或維持固態GTI標準具506和溫度感測器件504的溫度。溫度感測器件504藉助信號512將固態GTI標準具506的當前溫度報告給控制器502。在一個實施例中，溫度感測器件504是NTC熱敏電阻，其電阻隨溫度變化。控制器502藉助信號512監控固態GTI標準具506的溫度，並且按照需要增加或減少施加到固態GTI標準具506的功率， 從而將固態GTI標準具506儘可能接近地維持在溫度設定點。因此，GTI標準具組件501產生期望波長處的光學群延遲響應。控制器502以相似的方式控制每個剩餘的GTI標準具組件501的光學群延遲響應。這樣，TDC 500產生關於特定的色散設定點的累積光學群延遲響應，其具有基本上線性的斜率，具有小的光學群延遲波紋，並且補償光通道120中的測量的色散。本發明的實施例考慮一種使諸如TDC 500的TDC從第一色散設定點變為第二色散設定點，同時維持調節時段期間的色散性能的連續性的方法。為了一直維持該連續性，通過在時域中遵循預定色散軌跡而使TDC的色散從第一設定點變為第二設定點。在沿該軌跡的每個點處，即在任何特定時間，TDC的每個標準具的光學群延遲被調整到特定的已知設定以提供滿足光通道的連續性要求的累積光學群延遲。由於每個標準具的光學群延遲響應已映射到標準具溫度，因此TDC可以通過將標準具控制到適當的溫度而在時間上調整沿預定軌跡的色散。因而，對於TDC的每個標準具，溫度也在時間上遵循預定的軌跡。因此，TDC可以在色散從第一色散設定點變為第二色散設定點的同時維持光通道的連續性，而不需要直接測量光通道性能，例如EOP、BER等。與用於使TDC 500從第一色散設定點變為第二色散設定點的現有技術的方法相對比，本發明的實施例不依賴於直接反饋的作為控制參數的量化的光通道性能。如在背景技術中提到的，這種方法是耗時的或者導致具有對於光通道的不可接受的光學性能的時段。相反，控制每個標準具的溫度以在時間上遵循特定的預定軌跡，其中單獨地控制每個標準具的溫度軌跡，並且標準具溫度是唯一的控制參數。控制器502將功率施加到每個加熱器503以控制每個固態GTI標準具506的溫度遵循適當的溫度軌跡。圖6是圖示根據本發明的實施例的、當TDC 500從第一色散設定點變為第二色散設定點時關於五個固態GTI標準具506的溫度軌跡601-605的曲線圖600。為了清楚起見，僅示出了五個溫度軌跡，但是實際上當TDC 500從第一色散設定點到第二色散設定點時TDC 500的所有固態GTI標準具506遵循溫度軌跡。在時間tl，通過溫度將五個標準具調整到第一色散設定點以產生具有與第一色散設定點匹配並且具有可接受的光學群延遲波紋水平的基本上線性的斜率的累積光學群延遲響應。因而，在時間tl，光通道120具有可接受的光學性能。在時間t2，已通過溫度將五個標準具調整到第二色散設定點，並且產生具有與第二色散設定點匹配並且具有可接受的光學群延遲波紋水平的基本上線性的斜率的累積光學群延遲響應。此外，選擇溫度軌跡 601-605，從而在tl和t2之間的任何時間，光通道120具有可接受的光學性能。具體地，通過具有呈現低光學群延遲波紋的基本上線性的斜率，TDC 500的累積光學群延遲滿足光通道120的連續性要求。如所示出的，每個溫度軌跡601-605遵循單獨的路徑。由於溫度軌跡601-605描述單獨控制的標準具的溫度，因此這些軌跡的特性可能彼此大大不同，包括淨溫度增益/ 損失、斜率、拐點的數目和位置等。在TDC 500的正常操作之前基於GTI標準具組件501的特徵化來確定溫度軌跡601-605，並且通過相應地(即作為時間的函數)改變輸入到每個GTI 標準具組件501的加熱器503的功率來實現溫度軌跡601-605。因而，不同於在時間上遵循任意的溫度軌跡，在TDC 500的兩個色散設定點之間明確地控制每個固態GTI標準具506 的溫度以遵循預定的溫度軌跡。在一個實施例中，為了更好地遵循溫度軌跡601-605，控制器502可以使用PID控制方案使誤差最小並且更接近地遵循溫度軌跡601-605。這種PID 控制不應與現有技術的TDC使用的PID控制混淆，其使用光通道性能的反饋作為控制參數來安定色散。根據本發明的實施例，當TDC 500從第一色散設定點變為第二色散設定點時， 使用標準具溫度作為控制參數。在圖6中，溫度軌跡601-605被示出為平滑的連續曲線。實際上，每個溫度軌跡由多個相對於時間的小的但是離散的溫度變化構成。然而，本發明的實施例不應與現有技術的方法混淆，在現有技術的方法中TDC通過一系列小的中間設定點改變來修改每個標準具的波長設定點，即標準具溫度設定點，並且PDI控制器使色散設定點中的每個小步進變化處的光通道的所有光學參數的過衝和下衝最小。根據本發明的實施例，當到達溫度軌跡上的每個新的目標溫度時，控制器502在使TDC 500的色散安定在新的溫度設定點的嘗試中不測量光通道性能。相反，控制器502使用標準具溫度作為反饋參數來維持光通道120的光學性能。在一個實施例中，當已獲得諸如EOP和BER的一個或多個光學性能參數的最優值時，可以將TDC 500的色散鎖定或凍結在特定值。在該實施例中，光學性能的測量未被用作用於促進或加速色散算法的收斂的控制參數，即反饋。然而，如果測量到令人滿意的光學性能，則可以在完全越過溫度軌跡之前將TDC 500的色散鎖定在當前值。在一個實施例中，基於色散設定點校準數據計算每個固態GTI標準具506的溫度軌跡上的特定點。圖7是圖示根據本發明的實施例的、當TDC 500從第一色散設定點變為第二色散設定點時的標準具溫度軌跡701-705的曲線圖700。因此，在時間tl，五個標準具被設定到第一色散設定點以產生具有與第一色散設定點匹配的基本上線性的斜率的累積光學群延遲響應。相似地，在時間t2，通過溫度將五個標準具調整到第二色散設定點以產生具有與第二色散設定點匹配的基本上線性的斜率的累積光學群延遲響應。標準具溫度軌跡701-705基本上與圖6中的溫度軌跡601-605相似，不同之處在於標準具溫度軌跡701-705包括與TDC 500的校準的色散設定點對應的點，即溫度值。具體地，在時間tl. 1，標準具溫度軌跡701-705的標準具溫度由落在時間tl處的色散設定點和時間t2處的色散設定點之間的中間色散設定點定義，其中先前已確定該中間色散設定點處的標準具溫度值。在時間tl. 2，標準具溫度軌跡701-705的標準具溫度由落在時間tl. 1 處的色散設定點和時間t2處的色散設定點之間的中間色散設定點定義。在時間tl. 3和 tl. 4，相似地定義標準具溫度軌跡701-705的標準具溫度。在該實施例中，可以通過插值或者本領域中已知的其他手段來定義構成標準具溫度軌跡701-705的剩餘的點。在一個實施例中，一旦已到達第二色散設定點，則可以將使用反饋測量光學性能的傳統的色散收斂算法應用於TDC 500的標準具溫度。該實施例在利用從第一色散設定點到第二色散設定點的短時長的切換時間的同時確保了光通道的最優性能。
在其他實施例中，該方法可以用於通過遵循預定的色散軌跡並且使在TDC器件中的變換期間由TDC引起的所有其他光學損害最小來使色散從第一設定點變為第二設定點， 其中TDC器件使用除了熱光調節之外的機制(例如，電光機制、光機械機制、磁光機制、聲光機制、壓電機制或者載波引入的折射率改變機制)調節多個GT標準具的FSR。例如，在一個實施例中，可以使用電光調節來調節TDC。TDC將包括多個標準具，其中每個標準具包括電光材料，諸如鈮酸鋰。如業界已知的，電光效應是響應於與光頻率相比緩慢變化的電場的材料的光學性質的變化。可以將電壓(例如，調節係數)施加到每個標準具以控制調整標準具的光學群延遲響應的中心頻率的標準具的自由譜範圍(FSR)。與這裡描述的標準具溫度軌跡相似，將使用標準具電壓軌跡使TDC從第一色散設定點變為第二色散設定點。在另一實施例中，可以使用光機械調節來調節TDC。TDC將包括多個標準具，其中每個標準具包括旋轉電機，其將改變光撞擊一部分標準具的角度。電機位置(例如，調節係數)將用於控制調整標準具的光學群延遲響應的中心頻率的標準具的自由譜範圍(FSR)。與這裡描述的標準具溫度軌跡相似，將使用標準具電機位置軌跡使TDC從第一色散設定點變為第二色散設定點ο在其他實施例中，該方法可以用於通過遵循預定的色散軌跡並且調節使在TDC器件中的變換期間由TDC引起的所有其他光學損害最小的係數軌跡來使色散從第一設定點變為第二設定點，其中TDC器件調節與GT標準具不同的多個光學群延遲調節元件(例如，光學波導延遲線、環形諧振器、液晶或矽基液晶相位延遲器或者Bragg (布拉格)光柵元件)的調節係數。在一個實施例中，TDC可以具有諸如環形諧振器的光學群延遲調節元件，其中每個環形諧振器的調節係數控制調整環形諧振器的光學群延遲響應的中心頻率的環形諧振腔的自由譜範圍(FSR)。每個環形諧振器可以具有連接到加熱器的環形波導。當提供功率時， 加熱器控制環形波導的溫度(例如，調節係數)。這樣，可以將環形諧振器的延遲時間譜的中心波長控制為期望值。可用於環形諧振器的其他調節係數可以是電壓/電流控制，或者材料機械控制。按與這裡描述的方式相似的方式，使用具有環形諧振器的TDC的方法可用於使TDC從第一色散設定點變為第二色散設定點。在另一實施例中，TDC可以具有諸如光學波導延遲線的光學群延遲調節元件，其中每個波導延遲線的調節係數調整波導延遲線的光程長度。可以與光學波導延遲線一起使用的調節係數可以是電壓/電流控制、溫度控制、材料機械控制或材料張緊/拉伸光纖的控制。按與這裡描述的方式相似的方式，使用具有光學波導延遲線的TDC的方法可用於使TDC 從第一色散設定點變為第二色散設定點。在另一實施例中，TDC可以具有諸如Bragg光柵元件的光學群延遲調節元件，其中每個Bragg光柵元件的調節係數調整Bragg光柵元件的光學群延遲響應的中心頻率。Bragg 光柵元件可以連接到將調節力施加到Bragg光柵元件的調節器件。可以與Bragg光柵元件一起使用的調節係數可以是電壓/電流控制、溫度控制、材料機械控制或材料張緊/拉伸光纖的控制。按與這裡描述的方式相似的方式，使用具有Bragg光柵元件的TDC的方法可用於使TDC從第一色散設定點變為第二色散設定點。在另一實施例中，TDC可以具有諸如液晶或矽基液晶(LCOS)可變相位延遲像素的光學群延遲調節元件，其中每個像素的調節係數是控制每個像素的相位延遲的電壓。可以與液晶或矽基液晶(LCOS)可變相位延遲像素一起使用的調節係數可以是電壓控制。按與這裡描述的方式相似的方式，使用具有液晶或矽基液晶(LCOS)可變相位延遲像素的TDC的方法可用於使TDC從第一色散設定點變為第二色散設定點。圖8是以分步的方式總結根據本發明的一個或多個實施例的用於將TDC從第一色散設定點調整到第二色散設定點的方法800的流程圖。根據基本上與圖5中的TDC 500相似的TDC來描述方法800。然而，其他TDC也可以受益於方法800的使用。用於執行步驟 801-804的命令可以駐留在TDC控制算法中和/或作為值存儲在TDC的電子電路中或者關聯的存儲介質中。如上文結合圖5描述的，在方法800的第一步驟之前，執行TDC 500的特徵化以構造關於每個固態GTI標準具506的軌跡。在步驟801中，請求TDC 500的新的色散設定點。新的色散設定點可以是在光通信系統中添加或重新路由光通道的結果。在步驟802中，基於當前TDC設定點和新的TDC設定點計算TDC設定點軌跡。TDC 設定點軌跡通常是設定點相對於時間的改變。在步驟803中，生成或者重新得到適當的調節係數軌跡用於將TDC 500的色散從原始色散設定點調整到新的色散設定點。適當的軌跡可以存儲在查找表或者本領域中的其他裝置中。在步驟804中，控制調節係數。如這裡所述，調節係數可以是許多不同類型的調節係數，諸如電壓、電流、溫度、機械力或調節力。例如，如果調節係數是溫度，則將功率施加到 GTI標準具組件501的加熱器503以改變固態GTI標準具506的溫度以遵循標準具沿預定路徑從第一標準具溫度設定點變為第二標準具溫度設定點的相對於時間的溫度軌跡。第一標準具溫度設定點對應於TDC 500的當前色散設定點，而第二標準具溫度設定點對應於 TDC 500的新的色散設定點。通過遵循預定的標準具溫度軌跡，TDC 500的每個標準具將與 TDC的其他標準具組合，產生防止當TDC 500被調整到新的色散設定點時的光通道120的不連續的累積光學群延遲。在步驟804中出現的溫度軌跡和標準具溫度的PID控制可以被最優化以使到達新的色散設定點所需的時間最少。在該實施例中，溫度軌跡在原始標準具溫度設定點至新的標準具溫度設定點之間的較短時間上延伸。因此，減少了用於使TDC 500調節到新的色散設定點的提供時間，但是以潛在地使該提供時間期間的連續性劣化為代價。可替換地，在步驟804中出現的溫度軌跡和標準具溫度的PID控制可以被最優化以在TDC 500調整到新的色散設定點時獲得光通道120的較大的連續性。在該實施例中，標準具溫度軌跡在原始標準具溫度設定點至新的標準具溫度設定點之間的較長時間上延伸。因而，增加了用於使TDC 500調節到新的色散設定點的提供時間，但是改進了在該提供時間期間的光通道120的連續性。由TDC 500的所有GTI標準具組件501同時執行步驟804，並且每個標準具的溫度軌跡具有相同的時長。總之，本發明的實施例快速地促進將TDC從第一色散設定點調整到第二色散設定點而沒有明顯的不連續。該色散設定點調整所需的時間可以減少多達一個數量級或更多。 例如，使用本發明的實施例，TDC可以在2或3秒內調節到新的色散設定點而非現有技術的方法通常所需的30秒至幾分鐘的時間。此外，通過修改標準具溫度軌跡的時長可以使調節處理自身最優化。在這樣做時，可以容易地設計連續性和調節速度之間的最優權衡，即可以使用更短的、較不精確的提供時間，或者更長的、較精確的提供時間。 儘管前述針對的是本發明的實施例,但是在不偏離本發明的基本範圍的情況下可
以想出本發明的其他和另外的實施例，並且本發明的範圍由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種對具有多個光學群延遲調節元件的可調色散補償器(TDC)進行調節的方法，包括接收新的TDC設定點；根據當前的和所述新的TDC設定點計算TDC設定點軌跡；對於與所述TDC設定點軌跡對應的所述光學群延遲調節元件的調節係數生成目標軌跡；以及控制所述光學群延遲調節元件的調節係數以跟蹤所述目標軌跡，以便維持所述TDC設定點軌跡，並且使在調節期間TDC引起的其他光學通信系統的損害最小。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述多個光學群延遲調節元件是環形諧振器，以及其中每個環形諧振器的調節係數控制調整所述環形諧振器的光學群延遲響應的中心頻率的所述環形諧振腔的自由譜範圍(FSR)。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述多個光學群延遲調節元件是波導延遲線，以及其中每個波導延遲線的調節係數調整所述波導延遲線的光程長度。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述多個光學群延遲調節元件是Bragg光柵元件， 以及其中每個Bragg光柵元件的調節係數調整所述Bragg光柵元件的諧振頻率。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述多個光學群延遲調節元件是液晶或矽基液晶 (LCOS)可變相位延遲像素，以及其中每個像素的調節係數是控制每個像素的相位延遲的電壓。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述多個光學群延遲調節元件是標準具，以及其中每個標準具的調節係數控制調整所述標準具的光學群延遲響應的中心頻率的所述標準具的自由譜範圍(FSR)。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述標準具均具有與其附連的電阻加熱元件，以及通過改變標準具溫度來控制所述標準具的FSR，其中通過改變提供給所述電阻加熱元件的電壓來控制標準具溫度。
8.根據權利要求6所述的方法，其中所述標準具的目標軌跡是不同的，以及應用於所述標準具的調節係數是被單獨控制的。
9.根據權利要求6所述的方法，其中所述標準具的FSR周期性變化。
10.根據權利要求1所述的方法，進一步包括 指定用於到達所述新的TDC設定點的時段。
11.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在到達所述新的TDC設定點之前停止調節係數的控制，其中停止控制時到達的TDC設定點是有效的TDC設定點。
12.—種改變具有至少第一光學群延遲調節元件和第二光學群延遲調節元件的可調色散補償器TDC的設定點的方法，包括檢索第一和第二目標調節係數軌跡，每個軌跡對應於新的TDC設定點； 控制所述第一光學群延遲調節元件的調節係數以跟蹤所述第一目標調節係數軌跡；以及控制所述第二光學群延遲調節元件的調節係數以跟蹤所述第二目標係數軌跡。
13.根據權利要求12所述的方法，進一步包括指定用於到達所述新的TDC設定點的時段。
14.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一和第二光學群延遲調節元件是標準具，以及其中每個標準具的調節係數變化以控制所述標準具的自由譜範圍(FSR)。
15.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一和第二目標調節係數軌跡被存儲為表格。
16.根據權利要求12所述的方法，進一步包括在到達所述新的TDC設定點之前停止每個光學群延遲調節元件的調節係數的控制，其中停止控制時到達的TDC設定點對應於有效的TDC設定點。
17.—種可調色散補償器，包括至少第一和第二光學群延遲調節元件；以及控制器，其監控所述第一和第二光學群延遲調節元件的光學群延遲，並且所述控制器被配置為根據所述第一和第二光學群延遲調節元件的目標光學群延遲係數軌跡來控制所述第一和第二光學群延遲調節元件的調節係數。
18.根據權利要求17的可調色散補償器，其中所述光學群延遲調節元件是環形諧振器，以及其中每個環形諧振器的調節係數控制調整所述環形諧振器的光學群延遲響應的中心頻率的所述環形諧振腔的自由譜範圍(FSR)。
19.根據權利要求17的可調色散補償器，其中所述光學群延遲調節元件是波導延遲線，以及其中每個波導延遲線的調節係數調整所述波導延遲線的光程長度。
20.根據權利要求17的可調色散補償器，其中所述光學群延遲調節元件是Bragg光柵元件，以及其中每個Bragg光柵元件的調節係數調整所述Bragg光柵元件的諧振頻率。
21.根據權利要求17的可調色散補償器，其中所述光學群延遲調節元件是液晶或矽基液晶(LCOS)可變相位延遲像素，以及其中每個像素的調節係數是控制每個像素的相位延遲的電壓。
22.根據權利要求17的可調色散補償器，其中所述多個光學群延遲調節元件是標準具，以及其中每個標準具的調節係數控制調整所述標準具的光學群延遲響應的中心頻率的所述標準具的自由譜範圍(FSR)。
23.根據權利要求17的可調色散補償器，其中所述控制器單獨地控制所述第一和第二光學群延遲調節元件的調節係數。
24.根據權利要求17的可調色散補償器，其中所述控制器針對多個設定點中的每個維持不同的目標光學群延遲係數軌跡的集合。
25.根據權利要求17的可調色散補償器，其中所述控制器被配置為控制所述第一和第二光學群延遲調節元件的調節係數，使得所述第一和第二光學群延遲調節元件的係數分別跟蹤所述第一和第二光學群延遲調節元件的目標係數軌跡。
全文摘要
可調色散補償器(TDC)在維持色散的連續性的同時從第一色散設定點調節到第二色散設定點。該色散調節遵循時域中的預定軌跡，從而在使調節時段期間由TDC引起的所有其他光學損害最小的同時維持跨越通道光學帶寬的光學色散的連續性。
文檔編號G02B6/00GK102349007SQ201180001051
公開日2012年2月8日 申請日期2011年4月8日 優先權日2010年4月9日
發明者齊爾基 A., 休馬 M., G. 威格利 P., K. 贊尼 T., 盛蘭 申請人:奧蘭若(北美)有限公司