用於在一個波分復用信號中補償諸信道的偏振色散的方法
2023-05-25 03:05:46 1
專利名稱：用於在一個波分復用信號中補償諸信道的偏振色散的方法
技術領域：
本發明涉及一個用於在一個波分復用(wavelength-divisionmultiplex)信號中補償諸信道的偏振色散的裝置。
本發明用於諸波分復用(WDM)傳輸系統。
所有的各類光纖都受到偏振色散的影響當我們接收一個通過一個發送終端發送的脈衝時，該脈衝因偏振色散而發生畸變。該脈衝的持續時間大於它原來的持續時間。畸變是由於當傳輸時光信號被去偏振這樣一個事實。我們可以認為在連接光纖的終端接收到的信號包含兩個正交成分，一個與一個最大傳播速度的偏振狀態(最快的主偏振狀態)相對應，而另一個與一個最小傳播速度的偏振狀態(最慢的主偏振狀態)相對應。
換句話說，我們可以認為一個在連接光纖的終端接收到的脈衝信號包含一個依照一個提前的偏振狀態進行偏振並首先到達的第一個脈衝信號和一個依照一個滯後的偏振狀態進行傳播的並以一個特別與連接光纖的長度有關的瞬時微分延時到達的第二個脈衝信號。
如果發送終端發送一個由一個非常短的脈衝組成的光信號，則由接收終端接收的光信號包含兩個相繼的互相垂直偏振的並有一個等於瞬時微分延時的相對時間漂移的脈衝。這個延時對於一條包含幾年前生產的那種單模光纖的100km(千米)的鏈路能夠達到20ps(微微秒)。
由接收終端接收到的諸脈衝的畸變能在對發送的數據進行解碼時引起諸誤差，所以偏振色散是一個限制諸光鏈路的性能的因素，不管是模擬的還是數字的光鏈路。
我們現在知道如何製造有低偏振色散(近似為0.05ps/km1/2)的諸單模光纖。然而，在最近十年中安裝的大部分單模光纖有非常高的偏振色散，這對諸發送的位速率的傳播構成一個主要的技術障礙。而且，如果位速率的競賽繼續進行，則沒有東西能防止這個問題在我們現在知道如何生產的諸低偏振色散光纖中出現。
我們現在知道如何製造有高偏振色散的諸光纖，這種光纖也被認為是諸保持偏振的光纖，它們能通過用諸短的光纖段達到一個固定的微分延時。通過明智地將這類光纖的一段(或在兩個正交偏振模式之間產生一個微分延時的任何結構)與一條受到高偏振色散作用的傳輸鏈路串聯起來，我們能對偏振色散進行補償。我們能或者用一條有與鏈路相同的微分延時，但是交換諸慢和快的主偏振狀態的保持偏振的光纖，或者通過使鏈路和保持偏振的光纖的組合的一個主偏振狀態與發送源的偏振狀態一致來實現這一點。為了實現這一點，將一個偏振控制器放在鏈路和保持偏振的光纖之間。
微分延時的值和一條鏈路的諸主偏振狀態依照許多因素，如振動和溫度，隨時間變化。所以一個補償器系統必須是自適應的，並且必須使保持偏振的光纖的微分延時至少等於所有的要被補償的微分延時的值。
在提高諸現有的有10Gbit/s(千兆位/秒)及以上的諸位速率的諸信道的諸光纖網絡的性能方面，偏振色散是一個難以解決的問題。
我們估計能夠容忍的最大偏振色散是一個位的持續時間的10％，例如，在10Gbit/s是10ps，而在40Gbit/s只是2.5ps。
人們已經設計出諸偏振色散補償器系統。然而，還沒有解決在一個波分復用網絡中偏振色散問題的，不同於在信號分離後將諸相同的單信道的補償器系統並列起來的方法。它的一個例子是由申請人在1996年12月30日提出的法國專利申請No.96 16194中公開的系統，該系統是關於一個這類單信道傳輸系統的。
本發明的目的是要解決上述的問題，並提出有一個最佳構造，特別是在價格方面最低廉的諸解決辦法。
本發明在於一個用來對諸波分復用系統進行偏振色散補償的系統。依照本發明提出的諸解決辦法是建立在用諸級聯的復用器和信號分離器對形成復用的所有信道的偏振色散進行補償的基礎上。
我們公開諸系統構造以便通過插入傳輸線內或在傳輸線的終端完成諸系統構造。
更特別的是，本發明在於一個用來在一個波分復用信號中對諸信道的偏振色散進行補償的系統，該系統的特徵在於它包括多個分別與諸所說的信道結合的級聯的偏振控制模塊和一個傳遞一個經補償的復用信號的微分時延發生器，該系統的特徵在於每個模塊包括-一個衰減和插入的復用器，它有一個用於接收一個復用輸入信號的第一個輸入端，一個用於從所說的復用輸入信號抽取的一個關聯的信道信號的第一個輸出端，一個用於插入一個修改了的信道信號的第二個輸入端，和一個用於傳遞一個修改了的復用輸出信號的第二個輸出端，和-一個偏振控制器，它適合於接收所說的抽取的信道信號和傳遞所說的修改了的信道信號，和該系統特徵在於系統進一步包括一個控制環路，它用於在對所說的經補償的復用信號的諸信道信號的各個光學特性作出響應時對諸偏振控制器進行控制。
一般地說，顯然我們選擇上述的諸光學性能作為經補償的復用信號的質量的代表，以便直接或間接地測量諸信道信號的諸偏振度。然後通過諸偏振控制器的工作，控制環路使經補償的復用信號的質量達到最佳。
在一個特殊的例子中，控制環路包括接收經補償的復用信號的信號分離器裝置，用於從那裡抽取的諸所說的信道信號的諸抽取輸出端和適合於接收至少來自諸所說的抽取輸出端的諸信號的一部分，以便測量它的諸偏振度並控制諸偏振控制器，使諸所說的測得的偏振度達到最大的控制裝置。
依照另一個特點，信號分離裝置包括多個級聯的信號分離器，這個實施例適合於使用有一個用包括諸插入光纖內的布拉格光柵(IFBG)的諸光纖段的結構的諸復用器。
依照另一個特點，對於每條信道的控制裝置包括-一個反饋環路偏振控制器，-用於測量來自諸所說的抽取輸出端中的一個的信號的一部分的總強度的裝置，-用於測量在一個固定的偏振方向中的那個部分的一個分量的強度和用於對反饋環路偏振控制器進行控制，使那個強度達到最大的裝置，-用於從所說的測得的總強度和在固定的偏振方向中的測得的強度計算偏振度的裝置，和-用於依照在這種方式中計算出的偏振度，對相應信道的偏振控制器進行控制，以便使偏振度達到最大的反饋裝置。
依照本發明的另一個特點，所用的諸復用器和諸信號分離器有一個用包括諸插入光纖內的布拉格光柵的諸光纖段的結構。
通過參照諸圖閱讀下面的由非限制性例子給出的描述，本發明的另一些特點和優點將變得很清楚，其中-
圖1A是一個代表一個波分復用傳輸系統的圖，在該系統中將一個根據本發明的系統放在傳輸線的端部，-圖1B表示一個傳輸系統，該傳輸系統有一個根據本發明的併入傳輸線的系統，-圖2表示一個根據本發明的設計得放在傳輸線端部的系統，-圖3表示來自圖2的控制電路CTNN的一個實施例，-圖4表示一個根據本發明的設計得併入傳輸線的系統，-圖5A到5C表示一個信號分離器(ODM)的三個實施例，-圖6A到6C表示一個衰減和插入的復用器(OADM)的三個實施例。
圖1A所示的波分復用光傳輸系統包括-諸常規的發射機終端Tx，它們，例如，通過對一個或多個光載波的強度進行二進位調製發送數據，其中每個載波都是一個由一臺雷射器提供的全偏振波；-一個信道復用器M，它復用來自諸終端Tx的諸信號，以便得到一個通過連結到復用器的光纖光傳輸線LF傳輸的復用信號Mux；我們能將光放大器AO併入光纖LF中，以便對諸光損耗進行補償；和-一個偏振色散補償器CDPF，它的一個輸出端與光纖LF的另一個終端相連接，它的諸輸出端與各個接收機終端Rx相連接。
如圖1B所示的傳輸系統是和來自圖1A的傳輸系統相同的，除了偏振色散補償器CDPI是在傳輸線LF上以外，補償器的一個輸入端E接收在傳輸線上傳輸的輸入的復用信號，並且一個輸出端S將經補償的輸出的復用信號傳遞給傳輸線。
現在參照圖2。圖2表示一個根據本發明的設計得放在傳輸線端部，換句話說，剛好在諸接收機端部前的補償器的實施例。該補償器實施復用信號的信號分離，並將在諸相應波長上的諸信號提供給諸接收機終端Rx。
補償器包括有各個衰減和插入的光復用器OADM1到OADMN的諸級聯的偏振控制模塊和諸偏振控制器PC1-PCN。
每個衰減和插入的復用器都有兩個輸入端E1，E2和兩個輸出端S1，S2。一個衰減和插入的復用器的輸入端E1接收復用輸入信號，而一個復用器的輸入端E2從一個信道接收修改了的信號，該信道被插入在衰減和插入的復用器的輸出端S2傳遞的復用信號中。
因此，衰減和插入的復用器OADM1在它的輸入端E1接收復用信號Mux。它從在波長λ1上的信道抽取信號。這個信號是一個在電路的輸出端S1處可得到的信號，並由一個偏振控制器PC1進行處理，如在下文中詳細描述的。在處理後，將來自在波長λ1上的信道的信號饋送進入電路OADM1的輸入端E2，電路OADM1將該信號插入在它的輸出端S2的復用信號中。衰減和插入的復用器OADM2在它的輸入端E1接收來自復用器OADM1的輸出端S2的修改了的復用信號，抽取在波長λ2上的信道的信號，並將這個信號傳遞給它的輸出端S1。由一個偏振控制器PC2對抽取信號進行處理，偏振控制器PC2將來自在波長λ2上的信道的信號提供給它的輸出端，從那裡，它被饋送到復用器OADM2的輸入端E2，復用器OADM2將來自在波長λ2上的信道的信號插入傳遞給輸出端S2的輸出復用信號中。對於所有其它的衰減和插入的復用器進行相似的過程。
將傳遞給最後一個級聯的衰減和插入的復用器的輸出端SN的復用信號反饋進入微分延時發生器DDG。
我們能夠用例如一條保持偏振的光纖以一種常規的方法製成微分延時發生器DDG。發生器DDG的輸出信號構成一個補償了的復用信號。該信號進入一個控制環路，能使每個偏振控制器響應每個信道的補償信號的諸光學特性來接收一個控制信號。
在本發明的一個優先實施例中，控制環路包括用於測量來自微分延時發生器DDG的每個信道的補償信號的偏振度，和用於對每個偏振控制器進行控制，使測得的偏振度達到最大的裝置。
在一個優先實施例中，控制環路包括多個級聯的信號分離器ODM1到ODMN。信號分離器ODM1-ODMN中的每一個有一個輸入端E』1，該輸入端適合於接收由微分延時發生器DDG輸出的經補償的復用信號，和一個第一個輸出端S』1，該輸出端用於從相關聯的信道抽取信號，將抽取信號的一部分加到各個控制電路CT1-CTN的輸入端。每個電路CT1-CTN都適合於測量來自相關信道的光信號的偏振度和對相應的偏振控制器PC1-PCN進行控制，使測得的偏振度達到最大。
實際上，信號分離器ODM1的輸出端S』1與一個耦合器C1的輸入端連接，用於對來自由波長λ1攜帶的信道的信號的一部分(近似為那個信號的5％)進行取樣，並將它加到電路CT1的輸入端，電路CT1將電控制信號P1供給偏振控制器PC1。耦合器C1的一個與控制器CDPF的輸出端s1對應的第二個輸出端提供來自在波長λ1上的信道的信號。
類似地，諸信號分離器ODM2和ODMN在它們的輸出端S』1傳遞從在各自的波長λ2-λN上的諸信道抽取的光信號。將抽取的光信號的一部分提供給各個電路CT2到CTN，諸電路CT2到CTN傳遞偏振控制器PC1到PCN的諸電控制信號。
由各個耦合器C2到CN提供在控制器CDPF的諸輸出端s2到sN處從在諸波長λ2-λN上的諸信道中的每一個抽取的諸信號。
現在我們將參照圖3的圖對控制諸被抽取信道中的每一個的諸偏振控制器PC1到PCN的電路的一個實施例進行詳細的描述，圖3表示這個實施例。
將在圖3所示的控制器CTN的實施例加到一個如圖2所示的偏振補償器上，並同樣地加到一個如圖4所示的偏振補償器上，我們將在下文中對此進行描述。不管補償器是在傳輸線的端部還是在傳輸線內，該控制器是一樣的。
在一個偏振控制器CP的輸入端接收信道信號，偏振控制器CP的輸出端與一個偏振器A的輸入端相連接，將偏振器A的輸出信號加到一個第一個光電檢測器D1的輸入端。光電檢測器D1的輸出端連接到一個計算器裝置CU的輸入端。用一個耦合器CPL對偏振控制器CP的輸出信號的一部分進行取樣，並將該輸出信號的一部分加到一個第二個光電檢測器D2的輸入端，光電檢測器D2的輸出端也連接到計算器裝置CU的一個第二個輸入端。
計算器裝置有一個輸出端，該輸出端提供一個代表在微分延時發生器DDG的輸出端的光信號的偏振度的信號PL。
控制器CTN進一步包括一個反饋裝置FB1，該反饋裝置有一個連接到計算器裝置CU的輸出端的輸入端和一個提供相應的偏振控制器的電控制信號PN的輸出端，在這個例子中該相應的偏振控制器是偏振控制器PCN。
控制器CTN進一步包括一個第二個反饋裝置FB2，該反饋裝置FB2有一個連接到計算器裝置CU的輸出端的輸入端和一個連接到偏振控制器CP的電控制輸入端的提供電控制信號PE的輸出端。
光電檢測器D1和D2忽略一個衰減因子K1來分別地測量總信號的功率Pin，和忽略一個衰減因子K2，測量依照偏振器A的偏振方向進行偏振的信號的功率PP。光電檢測器D1和D2分別地提供有諸值P1＝K1·Pin，P2＝K2·PP的諸信號。
衰減因子K1和K2是常數並且是已知的。計算器裝置CU計算比PP/Pin並交替地激活諸反饋裝置FB1-FB2。反饋裝置FB2修改偏振控制器CP的電控制信號，以便依照偏振器A的偏振方向對提前的偏振方向信號進行定向。
在這種情形中，比PP/Pin的值達到最大，並代表信號的偏振度，它有一個在0和1之間的值。
反饋裝置FB1修改偏振控制器PCN的電控制信號，使偏振度的測量值PL達到最大。於是偏振色散達到最小。
我們現在對如圖1B所示的設計得在傳輸系統中插入傳輸線內的偏振補償器進行描述。為了得到關於補償器製造的較詳細的情況，請參照圖4。
實際上，該補償器與剛才參照圖2描述的補償器非常相似；如已經提到的，諸差別與這樣一個事實有關，即在這種情形中偏振補償器CDPI在它的輸出端S提供一個用於通過傳輸線傳輸的經補償的復用信號，而不是在諸輸出端s1-sN提供一個被信號分離的信號。
在一個第一個實施例中，在發生器DDG的輸出端，較精確地說是在一個耦合器CS的一個輸出端提供復用信號。
微分延時發生器DDG的輸出端連接到耦合器CS，耦合器CS在一個輸出端提供經補償的復用信號和在另一個輸出端為控制環路提供那個信號的一個取樣部分。將復用光信號的一部分加到第一個信號分離器ODM1的輸入端E』1，信號分離器ODM1抽取在波長λ1上的信道的信號，並在它的輸出端S』1提供該信號，輸出端S』1連接到偏振控制器P1的控制電路CT1的輸入端。
信號分離器ODM1的輸出端S』2提供在諸波長λ2到λN上的諸信道的諸復用信號。信號分離器ODM2在它的輸出端S』1選擇和抽取在波長λ2上的信道。將在那個輸出端的來自在波長λ2上的信道的信號加到控制器CT2的輸入端，控制器CT2的輸出端為偏振控制器PC2提供控制信號P2。對於諸其它的信號分離器，直到信號分離器ODMN都與此相似。
在圖4中的諸虛線代表的一個第二個實施例中，偏振補償器CDPI的輸出端取自最後一個信號分離器的輸出端，換句話說，取自信號分離器ODMN的輸出端，而不是微分延時發生器DDG的輸出端。對此，因為將在控制環路中對所有的復用信號進行處理，所以不再需要將耦合器CS放在發生器DDG的輸出端。另一方面，每個信號分離器將在它的輸出端S』1僅傳遞被抽取的信道信號的一小部分，在輸出端S』2提供所有信道的諸被復用的光信號。
於是，在最後一個信號分離器ODMN的輸出端S』2，可得到通過線路傳輸的經補償的復用信號。
現在我們將對能用來製造本發明的偏振補償器的諸不同的最佳的信號分離器ODMN的諸實施例進行詳細的描述，不管偏振補償器是插入傳輸線內還是在傳輸線的端部。
一個第一個實施例如圖5A所示，在該實施例中信號分離器結構包括一個有諸插入光纖內的布拉格光柵IFBG的光纖段和一個在光纖段的輸入端的環行器C1。
圖5B表示一個第二個實施例。這個實施例是一個Mach-Zehnder幹涉儀結構MZ，它在幹涉儀結構的每一分支中都有一個有諸插入光纖內的布拉格光柵IFBG的光纖段。實際上，一個分支的光纖經紫外線(UV)處理，使得與在幹涉儀的兩個臂之間的相位差匹配。
圖5C表示一個第三個實施例。這是一個有各個耦合器CPL1和CPL2和有諸插入光纖內的布拉格光柵IFBG的諸光纖段的耦合器結構。
有諸插入光纖內的布拉格光柵的諸光纖段能夠是例如其中刻蝕或光刻有布拉格光柵的諸光纖段。
現在我們將通過例子對諸光衰減和插入的復用器OADMN的三個實施例進行描述。
圖6A表示一個第一個實施例，它是一個包括一個有諸插入光纖內的布拉格光柵IFBG的光纖段和在光纖段的每個端部的一個環行器C1-C2的結構。
圖6B表示一個第二個實施例，它是一個Mach-Zehnder幹涉儀結構MZ，該結構在每一分支中有諸光纖段和諸插入光纖內的布拉格光柵。
最後，圖6C表示一個第三個實施例，在該實施例中，衰減和插入的復用器有一個耦合器結構，該耦合器結構有帶有諸耦合器CPL1和CPL2的諸光纖段和諸插入光纖內的布拉格光柵IFBG。
如上面參照圖5A到5C提到的，有諸插入光纖內的布拉格光柵的諸光纖段能夠包含刻蝕或光刻製成的諸光柵。
權利要求
1.一個用於對在一個波分復用信號中的諸信道的偏振色散進行補償的系統，該系統的特徵在於它包括多個分別與諸所說的信道相關聯的級聯的偏振控制模塊和一個傳遞一個經補償的復用信號的微分時延發生器(DDG)，該系統的特徵還在於每個模塊包括一個衰減和插入的復用器(OADMN)，它有一個第一個輸入端(E1)，用於接收一個復用輸入信號，一個第一個輸出端(S1)，用於一個從所說的復用輸入信號抽取的關聯的信道信號，一個第二個輸入端(E2)，用於插入一個修改了的信道信號，和一個第二個輸出端(S2)，用於傳遞一個修改了的輸出信號，和-一個偏振控制器(PC1-PCN)，它適合於接收所說的抽取的信道信號和傳遞所說的修改了的信道信號，和該系統特徵還在於該系統還包括一個控制環路(ODM1-ODMN，CT1-CTN)，用於在對所說的經補償的復用信號的諸信道信號的各個光學特性作出響應時對諸偏振控制器(PC1-PCN)進行控制。
2.一個根據權利要求1的系統，它的特徵在於控制環路包括諸信號分離器裝置(ODM1-ODMN)，它們接收經補償的復用信號，諸抽取輸出端(S』1)，它們用於從那裡抽取的諸所說的信道信號，和諸控制裝置(CT1-CTN)，它們適合於接收至少來自諸所說的抽取輸出端(S』1)的諸信號的一部分和測量其偏振度並對諸偏振控制器(PC1-PCN)進行控制，使諸所說的測得的偏振度達到最大。
3.一個根據權利要求2的系統，它的特徵在於信號分離器裝置包括多個信號分離器(ODM1-ODMN)，它們有構成諸所說的抽取輸出端的各個輸出端(S』1)，每個信號分離器都有一個輸入端(E』1)和一個第二個輸出端(S』2)，諸所說的信號分離器通過它們的諸第二個輸出端(S』2)和它們的諸輸入端(E』1)級聯地連接起來。
4.一個根據權利要求2或權利要求3的系統，它的特徵在於對於每個信道的控制裝置(CT1-CTN)包括-一個反饋環路偏振控制器(CP)，-用於測量來自諸所說的抽取輸出端(S』1)中的一個的信號的一部分的總強度的裝置(D2)，-用於測量在一個固定的偏振方向中的那個部分的一個分量的強度和用於對環路偏振控制器(CP)進行控制(CU，FB2)，以便使那個強度達到最大的裝置(D1)，-用於從所說的測得的總強度和在固定的偏振方向中測得的強度計算偏振度的裝置(CU)，-用於為了使偏振度達到最大，依照以這種方法計算得到的偏振度，對相應信道(CPN)的偏振控制器進行控制的反饋裝置(FB1)。
5.一個根據權利要求1到4中的任何一個的系統，它的特徵在於，為了對在線路的端部的偏振進行補償(CDPF)，它有一個與級聯的第一個衰減和插入的復用器(OADM1)對應的輸入端(E)，和N個輸出端(s1-sN)，N和諸輸入的復用信道的數量相對應，和諸所說的輸出端通過諸耦合器(C1-CN)提供各個從控制環路的信號分離裝置的諸所說的抽取輸出端(S』1)抽取的信號。
6.一個根據權利要求1到4中的任何一個的系統，它的特徵在於，為了對在線路內的偏振進行補償(CDBI)，它有一個與級聯的第一個衰減和插入的復用器(OADM1)的第一個輸入端(E1)相對應的輸入端(E)，和一個通過一個耦合器(CS)提供所說的經補償的復用信號的輸出端(S)。
7.一個根據權利要求3的系統，它的特徵在於，為了對在線路內的偏振進行補償，它有一個與級聯的第一個衰減和插入的復用器(OADM1)的第一個輸入端(E1)相對應的輸入端(E)，和一個與在控制環路中的級聯的最後一個信號分離器(ODMN)的第二個輸出端(S』1)相對應的輸出端(S)。
8.一個根據權利要求1到7中的任何一個的系統，它的特徵在於諸衰減和插入的復用器(OADM1-OADMN)有一個包括一個有諸插入光纖內的布拉格光柵(IFBG)的光纖段和一個在光纖段的每個端部的環行器(C1-C2)的結構。
9.一個根據權利要求3的系統，它的特徵在於諸信號分離器(ODM1-ODMN)有一個包括一個有諸插入光纖內的布拉格光柵(IFBG)的光纖段和一個在光纖入口處的環行器(C1)的結構。
10.一個根據權利要求1到7中的任何一個的系統，它的特徵在於諸衰減和插入的復用器(OADM1-OADMN)有一個Mach-Zehnder幹涉儀結構(MZ)，該結構在每個分支中都有一個有諸插入光纖內的布拉格光柵(IFBG)的光纖段。
11.一個根據權利要求3的系統，它的特徵在於諸信號分離器(ODM1-ODMN)有一個Mach-Zehnder幹涉儀結構(MZ)，該結構在每個分支中都有一個有諸插入光纖內的布拉格光柵(IFBG)的光纖段。
12.一個根據權利要求1到7中的任何一個的系統，它的特徵在於諸衰減和插入的復用器(OADM1-OADMN)有一個耦合器結構(CPL1，CPL2)，該結構有諸插入光纖內的布拉格光柵(IFBG)的諸光纖段。
13.一個根據權利要求3的系統，它的特徵在於諸信號分離器(ODM1-ODMN)有一個耦合器結構(CPL1，CPL2)，該結構有諸插入光纖內的布拉格光柵(IFBG)的諸光纖段。
全文摘要
本發明涉及一個用於對在一個波分復用信號中的諸信道的偏振色散進行補償的系統。依照本發明,該系統包括多個分別與諸所說的信道結合的級聯的偏振控制模塊和一個共同的微分時延發生器(DDG)。每個偏振控制模塊包括一個衰減和插入的復用器(OADM
文檔編號H04B10/2507GK1259806SQ99108979
公開日2000年7月12日 申請日期1999年7月6日 優先權日1998年7月6日
發明者弗蘭克·布魯耶爾, 丹妮斯·派寧克斯 申請人:阿爾卡達公司