偏振模式分散補償的方法和偏振模式分散補償器的製作方法

2023-07-06 07:22:06 4

專利名稱：偏振模式分散補償的方法和偏振模式分散補償器的製作方法
技術領域：
本發明涉及到按照權利要求1的偏振模式分散補償的方法和按照權利要求5的偏振模式分散補償器。
在光學傳輸技術中儘可能使用長的光波導線傳輸路段。由製造決定光波導線不是完全各向同性的。由於傳輸路段長由於被傳輸的光學信號雙折射產生依賴於頻率的偏振變換-偏振模式分散或者簡稱為偏振分散PMD。由於偏振改變這導致了和因此決定了用於傳播被發送脈衝不同的依賴於頻率的運行時間，因此降低了接收方的可識別性和限制了可傳輸的數據率。
此外偏振模式分散是與溫度或者機械負荷有關。因此有必要將適配的PMD補償器插入到傳輸路徑中。PMD補償器應該在至少一個傳輸頻帶範圍內的光學載波頻率上使傳輸路段和補償器的整個系統的偏振傳輸性能近似地(在第一階或者必要時也在比較高階上)與頻率有關。從而將被調製的信號可以無畸變地傳輸。
在波分復用WDM時應該爭取，在單個傳輸頻帶上(傳輸波長)，至少在每個單個信道上達到這個頻率依賴性。對這種變換器/補償器的要求是低的插入衰減，與光波導線的兼容性，也就是說低的耦合衰減和機械的兼容性，和儘可能可以選擇改變的和依賴於頻率的偏振性能。為了開發PMD補償器和為了檢查不補償的傳輸系統的PMD容許誤差可以使用可調整變化的但是仍然價格便宜的和無衰減的PMD模擬器，這種PMD模擬器以有特色的方法可以模仿不同條件下(例如在溫度波動時)直到數千公裡長的依賴於頻率的光波導線路段。
適合於補償PMD的補償器具有傳輸路段的逆變傳輸特性。在文獻中由延遲器/偏振迴轉實現的補償器是已知的，將這種補償器安排在比較強的雙折射LWL-線段上。延遲器是光學傳輸環節的總概念，延遲器將兩個相互正交的固有模式不改變地和用相同的，理想情況下已經消失的衰減，然而用一般來說不同的相位延遲進行傳輸。
強雙折射的LWL-線段保持或者保留兩個相互正交的主偏振和因此是保持偏振的光波導線PMF(維護偏振光纖)。這些PMF是強偏振分散的，也就是說不同的偏振導致運行時間很不相同。一個相應的例子敘述在「光學光纖通信會議」會議文集，1995，OFC』95，美國光學學會190至192頁的報告中。
在「IEEE量子電子學雜誌」，18卷，第四期，1982年4月，767至771頁中敘述了一個集成光學單邊帶調製器和相位移器。這個在鋰鈮酸鹽基質上包括了一個在晶片上面延伸的梳狀的接地電極和排列成行的梳狀電極，其齒尖與接地-電極的齒尖是相互重疊的和在其中各自每個第二個與第一個控制電壓以及與第二個控制電壓相連接。在這種偏振變換器中只可以安排用±45°直線的以及用圓形的偏振固有模式進行TE-TM-模式轉換。在TE-TM-相位移的部分在這裡是由晶片長度和晶片溫度預先規定的和不可以通過電壓改變的。還有這種裝置的缺點是預先規定的偏振變換隻對一定的光學頻率起作用，然而不可以自由地預先規定偏振變換的頻率依賴性。
在「IEEE量子電子學雜誌」，25卷，第八期，1989年8月8日，1898至1906頁上敘述了一種集成光學的偏振變換器，這種偏振變換器使用LiNbO3，或者LiTAO3作為基質。這個只需要三個不同的控制電壓，一個相位移電壓和兩個模式轉換器電壓，以造成所希望的偏振改變。相位移電壓使得TE(橫向電的)波和TM(橫向磁的)波之間產生相位延遲，這些同時是固有模式，然而不會引起相互轉換。兩個模式轉換器電壓中的一個引起±45°升角直線偏振固有模式的TE-TM模式轉換，另外一個引起圓形偏振固有模式的TE-TM模式轉換。然而預先規定的偏振變換隻對一定的頻率起作用。當其他光學頻率時依賴於針對這個一定的光學頻率調整的偏振變換產生偏振變換。
從第四屆歐洲集成光學會議的會議文集ECIO 87，格拉斯格，蘇格蘭，編者Wilkinson和Lamb，115至118頁中敘述了具有簡單電極形狀的TE-TM變換器。
將這個已知的裝置使用於偏振變換，例如在接收機上作為偏振補償器。這些不是計劃作為PMD補償器的。
在電子信箋，1994年2月17日，第30卷，第四期，348至349頁中同樣敘述了PMD補償方法。在這裡作為傳輸元件使用了保持偏振的光纖(PMF)的多個線段，將這些通過偏振變換相連接，和將具有後置的保持偏振光纖的偏振變換器用於PMD補償。由於必要的拼接方法產生的衰減可能很高。在這裡還敘述了PMD補償器與光學接收機的接口和為了調整補償器獲取規則判據。將一個功能相似的裝置也敘述在OEC』94(日本，Makuhari展覽會)14E-12，258至159頁的報告上。
實際上在上述文獻中敘述的補償器局限於很少的PMF線段。因此在規則判據最佳化時有可能得到次要的最佳化，這樣不能最佳地調整補償器。
在德國專利申請文件號為19816178.6中敘述了只由PMF組成的PMD補償器。當然需要機械的移動零件。
因此本發明的任務是，給出PMD補償方法和PMD補償器，這個補償器提供很多調整可能性和在被利用的傳輸帶上為了達到有目標的補償儘可能任意依賴於頻率的偏振變換成為可能。
按照本發明PMD補償器的優點在於萬能的可應用性。通過很多參數確定的現象偏振模式分散原則上也可以只通過適當的調整可能性對應於多個自由度進行補償。通過個別的控制電壓可以調整和運行很多不同的依賴於頻率的偏振變換，可以用很高的精度構成為高於一階的任意的PMD，不僅可以用於PMD補償而且可以用於PMD模擬。
其他的優點是集成光學組件很小的結構尺寸和以下事實，按照本發明的PMD補償器將偏振變換功能可以集成在一個組件，晶片中和對於不同偏振產生不同運行時間的功能。
將PMD補償器同樣可以使用作為PMD模擬器或者也可以使用作為偏振變換器。
PMD-補償器的變型有可能是更緊湊的結構形式。下面藉助於實施例詳細敘述本發明。
附圖表示附

圖1按照本發明偏振模式分散補償器的結構，附圖2具有重疊交叉電導線的變型，附圖3具有垂直于波導方向延伸的電場的變型，附圖4具有褶疊的射線路徑的變型，附圖5適配的補償器，附圖6模擬器，附圖7按照本發明偏振模式分散補償器具有其他結晶截面的變型，
附圖8沒有電極重疊交叉的另外的變型，附圖9具有無尖端接地電極的另外的變型，附圖10具有光學放大器的變型，附圖11其有關的細節，附圖12置入基質的波導的截面圖和附圖13具有雙模式波導的變型。
附圖1表示了按照本發明的PMD補償器TRF1。這實現為具有鋰鈮酸鹽基質SUB的晶片CH1。其他可以考慮的材料是鋰鉭酸鹽或者類似的高雙折射材料。
結晶座標Y和Z位於附圖平面上，結晶座標X進入附圖平面內。在結晶表面是由鈦擴散實現的波導WG。波導是單模式的，這樣可以用大約為0.07的折射率差傳輸TE(橫向磁)波。
在基質SUB表面噴塗上可導電的梳狀的交叉電極，將其齒尖(分支，手指)安排為與波導成橫向。將同樣與波導安排成橫向的電極M在整個晶片上回形延伸和可以安放在接地上(接地電極)。其他的梳狀模式轉換器電極Eij(i＝1，2； j＝1，2…n)相互是電絕緣的。電極上的電壓Uij在波導WG上產生周期地在傳輸方向Y或者相反方向延伸的電場。電場直接在電極下周期地在X方向或者相反方向延伸。光波以及光信號OS從入口IN穿過晶片到出口OUT。將單個電極齒尖之間的周期長度L選擇大約等於TE波和TM波之間的差頻波長。差頻波長是這樣的長度，具有TE波和TM波作為固有模式的延遲器在固有模式之間的相位延遲正巧為360°。因此當混合偏振時這些以差頻波長的倍數重複。當光波波長為1550nm(納米)時相應的鋰鈮酸鹽的差頻波長大約為21μm。因此將齒尖寬度(手指寬度)和電極距離適當地各自選擇為大約等於L/4。因此人們得到均勻形狀的結構，在其中齒尖寬度和中間空間是相等的。為了可以進行具有改變相位的TE-TM變換，在幾個齒尖周期之後各自交替地附加安排大約為L/4和3L/4的距離。因此人們得到TE波和TM波之間為90°以及270°的相位延遲-通過後者將第一個重新返回-，這樣就產生了具有不同相位角的TE-TM變換。現在詳細敘述這個一旦沒有控制電壓附在電極上時，在PMD補償器的入口是純粹的TE波或者其中的一部分時在出口也產生純粹的TE波。對於適當選擇的控制電壓將入口端的TE波變換為純粹的TM波。如果將這些控制電壓減小，則在出口產生TE波和TM波的混合，其相位差是可以自由選擇的。特別是當控制電壓大約為一半時出口偏振狀態可以在45°直線的，右圓形的，-45°直線的，左圓形的和重新回到45°直線之間調整。在這些地方的接地電極M各自的總寬度大約為L/2，以及L(模式電極和單元之間的接地電極原則上也可能製作得窄一些或者由粘接線代替)。
將各自至少兩個模式轉換器電極E1j和E2j，(j＝1，2…n)，包括從屬的與電極E1j以及E2j嚙合的接地電極扇形塊，可以綜合成為一個單元Pj。將一個單元同樣可以-如同一個模式轉換器電極-綜合成為模式轉換器。一旦基質材料的一半差頻波長的模式轉換器電極模數有不同的位置時，於是涉及到一個模式轉換器，在其中不僅可以選擇模式轉換的強度和符號，而且可以選擇模式轉換的相位。當由兩個電極建立的單元時可以將這些用一副控制電壓進行控制，控制電壓是與兩個參數有關。實施例局限於這種單元。但是原則上由不同和/或很多不同的電極建立的不同大小的單元或者模式轉換器電極的不同裝置是可能的。在雙折射基質材料上實現的每個偏振變換器可以是一個單元。
在實施例中安排了n個單元，其中數目n的數值可以為大約25至50個。然而單元的電極E1j和E2j上的電壓各個是不相等的或者，如在第4屆歐洲集成光學會議的會議文集(ECIO』87)，格拉斯格，英國，11.-13.05.1987，115-118頁中敘述的，作為橫向位置座標的函數是正弦形狀可變的，然而是個別的或者成組的可自由選擇的。
可成組自由調整的意義如下例如電極電壓U1j，U1(j+1)，U1(j+2)，…至U1(j+9)，(j＝1，11，21，…)可以是相等的，同樣電極電壓U2j，U2(j+1)，U2(j+2)，…至U2(j+9)，(j＝1，11，21，…)也可以是相等的。即在這個例子中類型E1j為各自十個相鄰單元的電極是由相同電壓供應的，類型E2j為各自十個相鄰單元的電極同樣也是由相同電壓供應的。這通過電極之間的導電連接很容易實現。PMD補償器可變性的界限是由電極中間空間的電壓強度決定的。比較理想的是應該可以在任意短的長度上進行偏振變換，但是因此要求相應高的電壓。因此在製造時應該注意高電壓強度。這例如可以通過在結晶表面塗上絕緣層完成。
在現有技術中通過兩個可選擇的模式轉換器電壓或者模式轉換器電壓參數只一個偏振變換，這個偏振變換具有兩個自由度，可以規定一個光學頻率，而所有其他光學頻率的偏振變換按照本發明通過多個模式轉換器電極，單元或者單元組的串聯，這些可以個別的或者成組個別的一般來說每個用兩個可選擇的模式轉換器電壓進行控制，從中得出的偏振變換在多個光學頻率上在很大程度上相互無關地可預先規定。這也適用於本發明的其他實施例。其中在附圖3上表示的例子替代兩個控制電壓各自安排了三個控制電壓和因此每個單元有三個自由度然而在那個例子中附加的自由度不涉及到模式轉換，而是一個有差別的相位移。可以將後者用於選擇運行波長。當然這也影響被產生的或者被補償的PMD，但是在最佳調整的運行波長的環境中可達到的PMD的改變通過有差別的相位移一般來說也可以通過控制模式轉換器電極來達到。也使用有差別的相位移的重要原因是從而將PMD補償器與所希望的運行波長相匹配。
用雙折射基質材料實現的和其模式轉換相位由兩個參數在相位上和在轉象差上可以調整的唯一的模式轉換器，只在特殊情況下可以有利地影響PMD或者甚至完全補償PMD。這種模式轉換器對於技術上有意義的PMD補償是不適合的。
然而按照本發明至少補充一個另外的模式轉換器，這種模式轉換器至少有另外的控制電壓，其中所有被使用的模式轉換器的總共至少三個用於模式轉換的控制電壓由至少三個參數來確定。最簡單情況下參數與被使用的控制電壓相等。有意義的控制電壓的最小數量為4至6，即包括例如至少兩個單元每個具有兩個模式轉換器電極。適意的結構用至少10個不同的控制電壓工作。
如果人們已經顧及到在晶片上有複雜的接線時，例如由於電導線的重疊交叉，則可以藉助絕緣的中間層實現按照附圖2的變型TRF2。模式電極E11和E12；E21和E22，…至En1和En2在這裡各自連續地位於接地電極M的兩個齒尖之間。當橫向電場同樣的最大強度時這種偏振變換的變型比按照附圖1的PMD補償器可以在比較短的路段上製成和因此當晶片CH2具有同樣的總長度時提供了比較大的偏振變換可變性。電極齒尖優選為L。其寬度和距離大約為L/6。不要求將接地電極製造成比較大的距離和寬度。
在附圖3上表示了變換器另外的實施例TRF3。如在「IEEE量子電子學雜誌」，25卷，第八期，1898至1906頁中已知的，其優點可以是通過垂直于波導帶來沿著結晶的Z-座標延伸的電場。有利的是因此可以達到的目標是，通過三個自由度為特徵的橢圓形偏振變換，這個偏振變換在補償PMD時可以產生比較容易掌握的調節性能和特別是，如上所述，可以將PMD補償器與所期望的運行波長相匹配，相反其缺點是比較小的光電係數，這個光電係數只能帶來比較小的相位移。晶片CH3的單元PPj(j＝1，2，…n)同樣包括由電壓U11、U21，…控制的模式轉換器電極E11、E21，…。在模式轉換器電極之間安排了用電壓U3j(j＝1，2…n)控制的相位移電極EP1，…。這些可以個別的或者成組個別的自由選擇，也就是說例如將由不同註腳j標誌的組的每個組內的電壓U3j、U3(j+1)、U3(j+2)，…至U3(j+9)、(j＝1，11，21，…)選擇得相等。相位移電極有不同長度的相位移區，其長度各自用差頻波長的整倍數加上超過或者低於差頻波長的四分之一，即L(N+1/4)或者L(N-1/4)N， K＝1，2，3，…的方法構成，如已經在附圖1上，梳狀電極的兩個組E11至E1n和E21至E2n，這些各自構成為具有相同相位的TE-TM轉換。因此當需要時可以重新又有附在相鄰單元的一個電極組上的一些電壓是相等的，例如U1，1至U1，10，U1，11至U1，20，…，即U1j至U1(j+9)，(j＝1，11，21，…)，同樣電壓U2j至U2(j+9)，(j＝1，11，21，…)也是相等的。一旦人們不願意注意這些優點時，可以將所有電極如附圖1或2可以個別地進行控制。
在集成光學中通常在不同結晶截面和材料之間進行交換。例如在IEEE J.光波技術，LT-5，第九期，1987，1229-1238頁中附圖3表示的，集成光學組件，一個調製器，同樣可以由X-截面和用Z-截面製成。在這個例子中當從Z-至X-截面過度時將電極配置進行交換，此外因為應該充分利用同一個光電係數和因此電場應該沿著同一個結晶座標延伸，在那個例子中是Z-座標。
如附圖7表示的，附圖1至附圖3的實施例也可以用類似的方法進行轉換。在附圖1至3中模式轉換器應該在Z-和X-偏振之間進行模式轉換。用鋰鈮酸鹽當使用光電係數r51時這個通過具有雙折射波導WG的差頻波長L在X-方向上周期準靜態的電場中進行。而附圖1至3則例如使用具有X-截面和Y-傳輸方向的鋰鈮酸鹽可以實現，附圖7的實施例TRF5例如使用具有Z-截面和Y-傳輸方向的鋰鈮酸鹽可以實現。在附圖7上標出了這個結晶座標的方位。而在附圖1至3上垂直於圖平面，即沿著X-座標延伸的周期的電場造成X-和Z-座標的模式轉換，這在附圖7上是在圖平面橫向于波導WG延伸的，即又重新沿著X-座標延伸的周期的電場。附圖7表示了作為基質SUB一部分的適合的裝置。被表示的是模式轉換器PMj(j＝1…n)，這個在成組個別控制時是一個比較大的模式轉換器的一部分。在波導WG的每個面上安排了梳狀電極EMC11j、EMC12j、EMC21j、EMC22j(j＝1…n)。電極EMC11j、EMC21j、EMC12j、EMC22j在橫向於接近波導WG的邊緣處結束，以便達到光和電場儘可能大的重疊組合。在晶片表面和電極之間以及為了必要的絕緣在重疊交叉的電極之間可以加入普通絕緣的緩衝層，例如SiO2。在一邊的電極EMC11j、EMC12j用模式轉換器電壓V1j以及-V1j供電。在另外一邊的電極EMC21j，EMC22j用模式轉換器電壓V2j以及-V2j供電。相對於預先規定一邊上的電極雙折射結晶SUB的這些差頻波長L在傳輸方向Y上移位四分之一L/4。在與L/4不同的距離上V1j和V2j不對應於轉象差，然而相互移位的模式轉換具有相應的其他的相位角。在波導的一邊的電極距離和電極寬度也大約為L/4。兩個梳狀電極各自在一邊上是通過絕緣中間層在重疊交叉點上相互絕緣的，各自具有差頻波長L的周期和相互移位差頻波長的一半L/2。通過模式轉換器電壓V1j和V2j和與之有關的逆變電壓-V1j、-V12j(也就是說正好與電壓V1j和V2j相反的電壓)可以進行同相位和同轉象差的模式轉換，這允許無止境的偏振變換和模式轉換信號的無止境的相位移。
在附圖8表示的另外的實施例TRF7中，將在波導一邊的模式轉換電極刪去。在另外一邊將兩個電極用一個接地電極EMC代替。為了改善效率，電極EMC可以有與波導重疊的鼻形，但是這不是必須的(附圖9，TRF7)。裝置的優點是，餘留下的電極EMC11j，EMC21j，EMC不是重疊交叉的。模式轉換器PMj(j＝1…n)的這種實施例同樣允許在兩個轉象差上進行轉換，但是只有這樣除了第一個模式轉換電極EMC11j安排電壓V1j之外第二個模式轉換電極EMC21j還安排了電壓V2j。用差頻波長L四分之一L/4的非偶數倍3L/4將兩個電極在晶片SUB的Y傳輸方向相互錯位。為了達到大小同相位和同轉象差的可自由選擇的模式轉換度將多個或者很多模式轉換器PMj(j＝1...n)有利的用差頻波長L的整倍數(或者也可以半數)作為電極EMC11j與後面的模式轉換器PM(j+1)相應的電極EMC11(j+1)之間的距離。將這種串聯類似於附圖1。
當然例如用鋰鈦酸鹽的PMD可以達到比用鋰鈮酸鹽大的帶寬，但是比較小的補償可能性，有比較小的雙折射和因此比較大的差頻波長L。
與附圖7和8類似的模式轉換器另外的實施形式，但是可以專門使用III/V-半導體如GaAs和InP，在集成光學歐洲會議的會議文集ECIO1987，格拉斯格，1987年5月，11-13日，115-118頁和在光學通信歐洲會議的會議文集1990，309-312頁中敘述的。在III/V-半導體上也可以實現光學放大器。其優點是PMD-補償器的衰減已經可以在晶片上重新得到補償。人們可能估價其缺點是，在III/V-半導體上的放大是依賴於偏振的。然而有可能，例如用不同卡緊的量子空腔諧振器，放大器構成，其中將TE比TM放大的強一些或者相反。通過將兩個相反的放大器串聯，其放大可以各自通過泵流調節，則可以達到不依賴於偏振的放大。因為III/V-材料的衰減比較強地依賴於偏振用鋰鈮酸鹽作為例子，人們可以將那種偏振依賴性通過裝入光學放大器相反的偏振依賴性進行消除。
在光學傳輸路段上也有依賴於偏振的損失，也被稱為由偏振決定的損失PDL。這例如是由偏振決定的電介質或者耦合器產生的。如果PMD存在時產生PDL，則在傳輸時產生附加損失。因此按照附圖10的偏振模式分散補償器TRF8的特殊例子中在基質SUB上除了模式轉換器PHLj(j＝1…n)之外還安排了光學放大器OVj(j＝1…n)。附圖11作為附圖10的詳細截面圖表示了模式轉換器PHLj和前置的和後置的光學放大器OVj。第一個得到控制信號VPHLjp(j＝1…n；p＝1…f)。具有最大值f的註腳p涉及到在各自的模式轉換器PHLj上可提供使用的模式轉換器控制信號的數目。後者得到泵信號OVPmj(m＝1…2；j＝1…n)。
通過泵信號連接OVM1j影響TE-放大的強度，通過泵信號連接OVM2j影響TM-放大的強度。這樣可以通過適當的組合，例如將信號OVMVj、OVDVj線性組合，產生信號OVM1j、OVM2j，受其影響其中之一OOVMVj至少只近似於平均放大和另外的OVDVj至少只近似於有差別的TE-TM-放大。如附圖10(應為附圖11-譯者注)表示這些組合可以例如由電阻和運算放大器或者由微處理器程序實現的計算器RW上構成。按照本發明通過將信號變化OVDVj附加在模式轉換器PHLj的模式轉換器信號VPHLij上除了補償PMD之外而且也可以補償同時存在的PDL。
在這個實施例中代替附圖4的反射器安排了如附圖10表示的波導的彎曲KR1、KR2用於射線轉向。例如在電子書箋，1999年4月15日，35卷，第八期，654-655頁表示的，這樣的彎曲可以通過光子帶空缺材料實現。
補償或者產生PDL與補償或者模擬PMD一般來說不僅限於使用半導體材料或者具有光學放大器的材料。用惰性材料如鋰鈮酸鹽也可以將重鉻元素OVj使用在例如所有依賴於偏振的可以光電改變其耦合的耦合器，或者使用在依賴於偏振的幹涉儀上，藉助於控制信號OVDVj可以調整相互成正交的偏振波的衰減，特別是TE和TM。在這種情況下附圖10也是按照本發明實施例的一個框圖。
附圖4表示了具有波導WG褶疊的射線路徑的PMD補償器的實施例TRF4。在晶片CH4端部安排了金屬的或者介電的反射鏡MI。在反射鏡前面一點將波導WG彎曲，這樣就儘可能理想的進行反射和在下一路段上儘可能理想的進行供電。反射可以由耦合器代替，反射鏡位於耦合器的中間。這降低了裝置在反射鏡MI縱向位置的精度，但是當製造不精確時產生很強的不期望的反射。
在入口區IN和出口區OUT將波導端部用角度例如6°至8°切斷，這樣在波導WG和外部的石英玻璃波導之間可以進行反射非常小的過度。將斜切斷也有可能使用在附圖1至3的晶片上。其他反射很小的過度如介質的反射也是可能的。將單個的單元P1、P2、Pj、Pn可以構成為如附圖1至3。
還要補充的是也存在可能性，通過晶片的溫度改變來改變變換性能。如果不希望這種效應，因而應該將晶片溫度保持恆定或者考慮採用一種調節。
附圖5表示了使用作為適配的PMD補償器TR。附圖表示了具有光學發送機TR的傳輸路段，具有用光波導線LWL實現的傳輸路段和光學接收機RX。接收機包括一個光二極體PD，在其後連接了決策器DFF。在決策器DFF的出口OD將被傳輸的數據信號輸出。
在二極體前面連接了PMD補償器用於補償光學信號OS的偏振模式分散。由於清楚明了的原因沒有表示其他的細節如放大器。
例如從二極體出口輸出的基帶信號BB中得到調節判據。這例如是經過濾波器FI1，這作為帶通具有大約由被傳輸(二進位)數據一半符號率構成的共振頻率。如果出現的最大PMD值小於數據信號的符號周期時，於是這是合適的。但是濾波器也可以構成為低通濾波器，其臨界頻率大約為符號率的1/10至1/4。因此也可以明確的檢測比較大的PMD值。在濾波器的後面安排了第一個寄存器DET1，例如是整流器。將這樣得到的檢測器輸出電壓U1輸入給調節器MP，有利的是將具有模擬/數字和數字/模擬-轉換器的微處理器，以及運算放大器用於控制PMD補償器C。
為了不僅可以明確地檢測小的而且可以檢測大的PMD值，也可以安排其他的濾波器和寄存器FI2和DET2。
當使用帶通濾波器時於是輸出電壓U1變成最大，如果基帶信號的眼睛開口是最大的。這對應於沒有畸變的光傳輸情況。當使用低通濾波器時檢測輸出電壓U2也變成最大，如果基帶信號的眼睛開口是最大的。
調節器的輸出電壓是PMD補償器需要的電壓Uij(i＝1，2，3；j＝1，2，…n)。調節器MP將電壓Uij個別的或者成組的改變。只將那些電壓保留，通過那些電壓可以達到最大可能的檢測器輸出電壓。用這種方法通過PMD補償器最佳地補償傳輸路段的偏振模式分散。
附圖6表示將PMD補償器使用作為模擬器EMU。微處理器通過調節裝置ER得到一個信號，將其轉換為相應的控制電壓Uij。將控制電壓Uij也有可能用簡單的方法通過電位計進行調整。
將發送機TR供應的光學信號變換在放大器OV輸出端輸出。後者也可以省略。
除了上述材料鋰鈮酸鹽，鋰鉭酸鹽和III/V-半導體之外也還有很多其他的可能性在晶片或者基質SUB上實現PMD補償器。晶片/基質可以是雙折射的，這樣波導WG就是雙折射的，然而晶片/基質也可以不是雙折射的(各向同性)，一旦波導WG本身是由雙折射材料構成的。
例如波導WG可以由一種液晶或者由一種液體的或者固體的聚合物構成。將波導信道為了製造在基質材料上成形。如果要求可以將波導材料通過電場初始定向。
附圖12實施例是一個晶片/基質SUB，有利的是在端面截面上看具有頂板CD的聚合物構成的。波導WG的結晶座標X和Z位於與按照附圖1至3相對應；後面的附圖表示了按照附圖11的實施例的俯視圖，通過基質頂蓋CD的透視圖。在其他實施例中，例如附圖7至10，結晶座標可以位於其他位置。頂蓋也可以是由聚合物構成的；但是可以想像對於基質和頂蓋也可以用其他材料如石英玻璃(二氧化矽)和矽和其他的光學衰減很小的材料。
用硬衝頭製造波導和用于波導耦合的V-形槽，將硬衝頭壓入聚合物中，如在電子信箋，1998年7月9日，34卷，第14期，1396至1398頁以及那裡的文獻來源中敘述的。
具有好的光電係數r33的固體聚合物是在第24屆歐洲光學通信會議，馬德裡，1998年9月20至24日，501至502頁中敘述的。當然對於這裡要求的應用要求其他的光電係數。
按照附圖11另外的實施例中波導WG是由雙折射的一種鐵電液晶構成的。將波導安排在聚合物表面的聚合物基質的槽中。槽的製造可以用金屬衝頭在製造基質時或者在這之後進行。將電極ELij，M例如通過噴塗安排在頂蓋上。如附圖情況，一旦光場的大部分傳入電極內，對於電極應該使用沒有光損失的材料如銦-錫-氧(ITO)。電極也有輸入導線，這樣從外部可以附在電極上一個電壓。
將鐵電液晶這樣定向，電極之間沒有附上電場的液晶在在Z方向的橫向電磁場比X方向(右圖的圖平面上)具有一個另外的折射率(見左圖部分)。然而通過Y-方向的靜電場部分改變雙折射的主座標。主座標的角度改變被稱為緩衝角。這當克拉克-拉各瓦-開關時可以很強但是不是沒有阻滯的，在不成形螺旋形的鐵電液晶(DH-FLC)同樣很強和在電群液晶(電群FLC)時變弱，但是是相對快地改變。對於這種組件似乎電群(Eletrokline)和DH-FLC是最合適的候選。
電群效應例如是在物理展望書箋，第38卷，1977，在848頁中敘述的。不成形螺旋形的鐵電效應在液晶，第5卷，1989年1171頁中敘述。「鐵電液晶-原理，前景和應用」，第7卷系列「鐵電性和有關的現象」編輯喬治W。泰勒和科學出版社，ISBN 2-88124-282-0提供了關於鐵電液晶的廣泛綜述。
按照本發明的這種實施例的功能已經在附圖1至3上綜合地敘述了。
因為在兩種固有模式之間折射率的區別(在這裡是X-偏振和Z-偏振)可以大於用鋰鈮酸鹽，人們在規定結構長度上得到比較大的有差別的成組運行時間，這對於PMD補償是有好處的。其他的優點是FLC的光學係數大。因此可以使用很少和/或很短的電極ELij，這些電極可以將其帶寬放大和例如使溫度穩定是多餘的。
也可以與附圖1至3的電極安排不同的情況，將電極或者電極部分安排在基質SUB上。
此外可以安排附加電極，這些電極使得液晶的初始偏振化變得容易。為了產生在X-方向延伸的電場，在附圖11上在基質一半SUB，CD的外邊安排大面積的電極PE1、PE2或者將組件安放在一個或在兩個大面積的電極之間。用運行的電極佔據波導的底部也是可能的。為了傳輸在Z-方向延伸的場，將電極安排在基質SUB或者CD的波導的左右傍邊。將其安放在基質SUB部分的情況也可以在沒有安放基質部分CD進行初始偏振化，則位於那裡的電極不會干擾偏振場的Z-曲線。
一種很有希望的偏振化方法在於，將波導的一個或者多個壁進行化學的，熱的或者機械的處理或者塗層。由於在FLC上大的光電效應產生其他的結構自由度。因此可以將每個電極梳減少為一個齒尖。從而放大了光學帶寬。高光電係數的其他後果是，只需要將波導的一部分用於偏振變換，例如在所有1000至2000μm中只用10至200μm。因此可以將其他的，例如雙折射比較強的或者衰減比較弱的材料使用在位於偏振變換之間的波導部分上。涉及到的是固體的或者液體的聚合物，有色金屬液晶和類似的材料。
當使用聚合物或者矽作為基質時為了按照本發明與石英玻璃的波導導線相連接壓入以及非各向同性地腐蝕出V-形槽，這使得主動調整變成多餘的和則使便宜的製造成為可能。在矽上或者在石英玻璃上產生波導例如在第24屆歐洲光學通信會議，馬德裡，1998年9月20至24日，319至328頁和在那裡的文獻來源上敘述了。
在附圖1至3的實施例中要求光學係數為r51，這可以通過垂直電場改變偏振。同樣也有可能使用r52，這可以通過使用橫向電場。必要時通過結晶座標轉換定向人們可以使用其他的光學係數，例如在Y-截面和X傳輸方向使用r42或者r41，在Z-截面和X-傳輸方向使用r43或r41，在Z-截面和Y-傳輸方向使用r53或r52。
目前原則上只說到將雙折射材料用於PMD補償。當然波導雙折射通常很容易通過基質雙折射達到，如果基質材料或者波導本身是雙折射的就足夠了。
將作用原理普及時將適合於PMD補償或者PMD模擬的那些裝置，其中在具有兩個不同傳輸速度的模式之間進行模式轉換是可能的，用於PMD補償。因此一般來說在主偏振地方(主要的偏振狀態)出現主模式。這是具有最大可能成組運行時間差的那些模式。縱向均勻進行的是與固有模式相同的主模式(和主偏振)。
附圖13的實施例TRF9表示了具有X-截面和Z-傳輸方向的鋰鈮酸鹽結晶。其他的結晶截面或者材料也是可能的。鋰鈮酸鹽結晶有雙模式的波導WG。波導WG在其一方面包括兩個波導WG1、WG2。這兩個波導不一樣寬，則其具有不同的成組運行時間。其運行在光子交換的材料中，這樣在WG1、WG2中各自有一個偏振是有傳輸能力的和因此WG只是雙模式的，即進行兩個主模式。在WG上分布著模式轉換器(P1，…Pj，…，Pn)。這些在其結晶截面上各自具有兩個原則上平行于波導WG1、WG2延伸的電極E1j、E2j(j＝1…n)。這些電極在WG1、WG2區域各自產生一個水平電場，因此在兩個波導模式之間作用一個有差別的相位移。因此通過改變控制電壓改變兩個波導之間的耦合，則使得波導模式比較強一些或者比較弱一些地相互轉換。為了補償PMD，將偏振傳輸分配器PBS5、PBS6連接在裝置的前面或者後面。
權利要求
1.補償偏振模式分散(PMD)的方法，其中一個裝置含有具有兩個不同傳輸常數主模式的光波導線(WG)和將準備偏振的光學信號(OS)輸入給多個將波導主模式相互轉換的光電模式轉換器(P1，…Pj，…，Pn；E11，E21，…)，並且將多於兩個的光電模式轉換器(P1，…Pj，…Pn，E11，E21，…)或者將多於兩個轉換器組個別地用多於兩個由多於兩個參數確定的控制電壓進行控制，將光學信號(OS)的偏振模式分散進行補償。
2.按照權利要求1的方法，其特徵為，兩個主模式是正交的主偏振並且波導(WG)是雙折射的。
3.按照權利要求1或2的方法，其特徵為，在附加有差別的相位移器(EP1，…，EPn)的裝置上將這些也是個別地和/或成組地各自進行控制，將偏振模式分散進行補償和/或選定運行波長。
4.按照權利要求1至3之一的方法，其特徵為，在用於補償的接收裝置(RX)上通過基帶信號(BB)的濾波和整流至少得到一個被使用作為調節判據的電壓(U1，U2)。
5.具有兩個不同傳輸常數主模式的波導(WG)的偏振模式分散(PMD)的補償器(TRF1…TRF8)，主模式是由光學信號(OS)運行的，具有多個將波導主模式相互轉換的光電模式轉換器(P1，…Pj，…，Pn；E11，E21，…)，用多於兩個的光電模式轉換器(P1，…Pj，…，Pn；E11，E21，…)或者多於兩個的模式轉換器組進行控制。
6.按照權利要求5的PMD補償器(TRF1…TRF8)，其特徵為，至少一個模式轉換器包括一個模式轉換器電極(Eij，EMCKij；k＝1，2；i＝1，2；j＝1，2…n；M，EMC)，將模式轉換器電極構成為具有橫向于波導(WG)的齒尖的梳子形狀。
7.按照權利要求5或6的PMD補償器(TRF1…TRF8)，其特徵為，各個單元(Pj)是由至少兩個模式轉換器電極(Eij；i＝1，2；j＝1，2…n)構成的。
8.按照權利要求6至7之一的PMD補償器(TRF1…TRF8)，其特徵為，在連續的模式轉換器電極(E1j和E2j，以及E2j和E1(j+1))之間交換地安排了間距。
9.按照權利要求6至8之一的PMD補償器(TRF1…TRF8)，其特徵為，一個單元(Pj)的至少兩個模式轉換器(E12，E22，…Eij；i＝1，2；j＝1，2，…n)的各個齒尖是相互嚙合的。
10.按照權利要求5至9之一的PMD補償器(TRF1…TRF8)，其特徵為，安排了同樣構成為梳狀的接地-電極(M)，其中其齒尖和模式轉換器電極(E12，E22，…Eij；i＝1，2；j＝1，2，…n)的齒尖是相互嚙合的。
11.按照權利要求10的PMD補償器(TRF2)，其特徵為，在由兩個模式轉換器電極(Eij；i＝1，2；j＝1，2…，)構成的單元(PVj)中在接地電極(M)的兩個齒尖之間安排了兩個齒尖，其分別是每個模式轉換器電極(E1j，E2j)的一個齒尖。
12.按照權利要求5至11之一的PMD補償器(TRF3)，其特徵為，在模式轉換器電極(E1j，E2j)之間安排了比較寬的相位移器電極(EPj)，這些可以個別或者多個組地成組個別地進行控制。
13.按照權利要求12的PMD補償器(TRF1…TRF6)，其特徵為，相位移器電極(EPj)各自包括單元的模式轉換器電極之間的區域和兩個單元(P1，P2；…)之間的區域。
14.按照權利要求5至13之一的PMD-補償器(TRF6)，其特徵為，PMD補償器至少有一個光學放大器(OVj；j＝1…n)。
15.按照權利要求5至14之一的PMD補償器(TRF1…TRF6)，其特徵為，安排了一種重鉻元素(OVj；j＝1…n)，這種元素的兩個正交偏振具有可調節放大或者衰減的差別。
16.按照權利要求15的PMD補償器(TRF1…TRF6)，其特徵為，通過調節兩個正交偏振的放大或者衰減的差別可以補償光學介質依賴於偏振的衰減或者放大。
17.按照權利要求5至16之一的PMD補償器(TRF1…TRF6)，其特徵為，補償器是作為晶片或者是用鋰鈮酸鹽、鋰鉭酸鹽、III/V-半導體、矽、矽酸鹽或者聚合物在基質(SUB)上實現的。
18.按照權利要求17的PMD補償器(TRF1…TRF6)，其特徵為，波導(WG)包括一種聚合物或者一種液晶。
19.按照權利要求5至18之一的PMD補償器(TRF4)，其特徵為，波導(WG)至少通過一次反射褶疊的。
20.按照權利要求5至19之一的PMD補償器(TRF1…TRF6)，其特徵為，將補償器安排在一個接收裝置(RX)中並且通過基帶信號(BB)的濾波和整流得到使用作為調節判據的至少一個電壓(U1，U2)。
21.按照權利要求5至20之一的PMD補償器(TRF1…TRF6)，其特徵為，將補償器安排作為可外部調整的模擬器(EMU)。
22.按照權利要求5至21之一的PMD補償器(TRF1…TRF6)，其特徵為，兩個主模式是正交的主偏振並且波導(WG)是雙折射的。
全文摘要
在雙折射的基質材料(SUB)上的偏振變換器(TRF1)有比較多數目的各自具有兩個模式轉換器電極(Eij,i=1,2;j=1,2,…n)的單元(Pj),將模式轉換器電極可以個別地或者在多於兩個組中可以個別地進行控制,這樣就可以補償偏振模式分散。
文檔編號H04B10/2569GK1308797SQ99808488
公開日2001年8月15日 申請日期1999年6月24日 優先權日1998年7月10日
發明者R·諾伊 申請人:西門子公司