偏振模仿真及色散補償器件及其光波分復用通信裝置的製作方法

2023-05-03 18:44:01 1

專利名稱：偏振模仿真及色散補償器件及其光波分復用通信裝置的製作方法
技術領域：
偏振模仿真及色散補償器件及其光波分復用通信裝置
背景技術：
本實用新型屬於光信息處理和光信息傳輸技術領域，特別涉及偏振模式仿真器件 以及偏振模色散補償器件。
背景技術：
利用光學設備或系統測得的的光線的光學特性、參數等可以有多方面的應用。例 如，這種光學測量可用於決定設備或系統的性能和工作條件。光偏振信息是各種光學系統、 器件、應用中光學信號的一個重要參數。兩個偏振態正交的光的偏振信息、光信噪比、差分 群延遲等都是光學應用中非常重要的參數。在光纖通信系統中，偏振模色散(PMD)可以極 大的影響光學設備或系統的正常性能與表現，通信系統傳輸的速率越快，這種影響就越強 (例如，從IOGbps到40Gbps、IOOGbps甚至更高)。偏振模色散主要將引起一個光信號的兩 個主偏振分量以不同的速度進行傳播因此擴展了信號的比特寬度。結果導致它會增加誤碼 率(BER)以及服務中斷的產生。與其他的系統缺陷不同(例如色度色散，偏振模色散對系 統的影響是隨機的而且隨時間迅速變化的，因此減少偏振模色散也變得很難。發明內容本實用新型的目的是提供一種偏振模仿真及色散補償器件及其光波分復用通信 裝置，通過採用多個可調光偏振旋轉器，該可調光偏振旋轉器具有不同分立偏振旋轉態，用 於產生和分析在不同應用下一束光的偏振態。本實用新型提出一種偏振模仿真及色散補償器器件，其特徵在於，包括以下部 分一組的差分群延遲(DOT)單元，每個差分群時延單元沿光的傳播方向間隔排列；—組產生不同的偏振旋轉的可調光偏振旋轉器，每個可調光偏振旋轉器分別放置 在兩個差分群延遲單元之間的空隙中；一個用以和可調光偏振旋轉器進行通信的控制器，分別與各個可調光偏振旋轉器 相連。上述每個D⑶單元來實現光的雙折射效應，這種效應對經過D⑶單元輸入光兩束 正交偏振態之間引入差分群時延。各個D⑶單元彼此分立，分別放置在由入光口接收入射 光的光路上。每個可調光偏振旋轉器可旋轉在DGD單元和下一個DGD單元之間的光偏振態 的。該可調光偏振旋轉器至少包括一個連續可調的光旋轉器，用連續可調的控制信號實現 連續旋轉光偏振態，達到光的目標偏振態，以及分立可調光偏振旋轉器用相應的分立控制 信號來產生兩個或更多的不同分立偏振旋轉。整個器件還包含一個可控模塊可以和可調光 偏振旋轉器通信，來實現每個可調光偏振旋轉器的控制。這個控制模塊是可調的可以產生 不同連續可調的控制信號值，來實現控制連續可調光偏振旋轉器，以及產生一個分立值給 每個分立的控制信號來調節每個單獨的分立的可調光偏振旋轉器，來產生相應的一個或兩 個或更多的偏振旋轉態。這種分立態可調光偏振旋轉器可以調節為兩態偏振旋轉器，每個 可改變通過其光的偏振旋轉角度，通過第一個旋轉角和與第一個旋轉角反方向的第二個旋轉角來實 現。上述每個差分群時延(DOT)單元實現光的雙折射效應，這種效應對經過D⑶單元 輸入光兩束正交偏振態之間引入差分群時延。DGD單元件彼此分立排列在光路中，可調光偏 振旋轉器分別排列在DGD單元之間。每個可調光偏振旋轉器是可旋轉在DGD單元和下一個 DGD單元之間的光偏振態的。每個可調光偏振態旋轉器響應的控制信號產生三個不同的偏 振旋轉，一個控制模塊與可調光偏振旋轉器來各自控制每個光偏振旋轉器，通過DGD單元 和可調光偏振旋轉器產生三個不同偏振旋轉態中的一個來產生一階或高階偏振模色散。本實用新型還提出一種光波分復用(WDM)通信裝置，其特徵在於，包括以下部分一個從不同的信號路徑和WDM波長中分離出WDM信號的WDM解復用器；一組光接收器，各自位於不同的信號路徑位置；其中，每個光接收器含有一個偏振模色散補償器，該偏振模色散補償器包括一組差分群時延(DOT)單元，每個D⑶單元沿光的傳播方向間隔排列；一組可調光偏振旋轉器，每個可調光偏振旋轉器放置在兩個D⑶單元之間；一個用以和可調光偏振旋轉器進行通信的控制器，分別與各個可調光偏振旋轉器 相連。上述波分復用解復用器用於從不同信號路徑分離出不同波分復用信號；一個在不 同信號路徑的光接收器，相應的，每個光接收器接收特定波長的一路波分復用光信號，並且 從接收的光波分復用信號中提取數據。每個光接收器包含一個偏振模色散(PMD)補償器， 它包括差分群時延遲①⑶)單元，對通過D⑶單元的光的正交偏振光產生雙折射，D⑶單元 彼此分立排列在光路中，可調的光偏振旋轉器相應的排列在DGD單元空隙中，一個可調的 光偏振旋轉器，在兩個DGD單元間旋轉光的偏振態，每個可調光偏振旋轉器對應的控制信 號產生三個不同的偏振旋轉，一個控制模塊與可調的光偏振旋轉器來各自控制每個光偏振 旋轉器，通過差分群時延器和可調的偏振旋轉器對通過DGD單元的光產生三個不同偏振旋 轉態中的一個來產生一階或高階偏振模色散。可調光偏振旋轉器可以消減接收的波分復用 信號的偏振模色散。本實用新型還提出一種偏振模仿真及色散補償器件，其特徵在於，包括以下幾部 分一個用以接受光的輸入埠 ；一組差分群時延單元，每個差分群延遲單元沿輸入埠接受的光的傳播方向間隔 排列；一組用以產生兩個或多個不同的偏振態方向的分立態可調光偏振旋轉器，每個可 調光偏振旋轉器分別放置在兩個差分群延遲之間；一個用以和可調光偏振旋轉器進行通信的控制器，分別與各個分立態可調光偏振 旋轉器相連。本實用新型的特點本實用新型通過採用多個可調光偏振旋轉器，該可調光偏振旋轉器具有不同分立 偏振旋轉態，可用於產生和分析在不同應用下一束光的偏振態。


圖1顯示了本實用新型的一種典型的可用於PMD補償和PMD仿真的光學器件，該 器件是利用具有3個分立偏振態的偏振旋轉器和不同差分群時延的雙折射材料構造的。圖2顯示的是圖1中提到的一種典型的有三種分立偏振態的偏振旋轉器。圖3顯示的是本實用新型的另一種典型的可用於PMD補償和PMD仿真的光學器 件，該器件基於具有二個分立偏振態的偏振旋轉器和具有不同差分群延遲的雙折射材料所 構造。圖4是本實用新型的一種基於帶有兩個分立偏振態和三個分立偏振態的混合偏 振旋轉器和帶有不同群時延的差分群時延器件用來補償PMD和進行PMD仿真的光學器件。圖5顯示的是本實用新型的一種典型的至少有一個連續可調偏振旋轉器的PMD補 償和仿真的光學器件。該器件中偏振旋轉器具有不同的偏振態，差分群時延器件具有不同 的群時延。圖6顯示的是二階PMD對於差分群延遲的一個函數，該圖像是基於圖5中具有三 個分立偏振態的偏振旋轉器和不同群時延的差分群時延器件的光學器件得出的。圖7-A和 圖7-B顯示的也是二階PMD關於微分群延遲的一個函數，分別是基於連續可調偏振旋轉器和 具有二個分立偏振態的偏振旋轉器的器件得出的，該器件中的DGD單元具有不同的群時延。圖8顯示的是基於圖5所示器件基礎上的一個偏振態最優化的PMD仿真的例子。圖9A顯示的裝置用來進行系的PMD容限測試，即一個光纖通信通道中PMD的容 限。圖9B和9C顯示的是關於圖9A器件的誤碼率(BER)分別與微分群延遲與PMD的關係。圖10顯示的是一個使用圖1-5和圖2所示器件用來估計和判定PMD的波分復用 (WDM)裝置。圖IlA和IlB顯示的是本實用新型的兩個光學波分復用通信裝置，這兩個裝置基 於圖1-5所示的器件，可以利用反饋迴路提供PMD補償。圖12和13顯示的是本實用新型的兩個典型的帶有PMD檢測和補償的光通信裝置。
具體實施方式
本實用新型公開的是光學PMD補償和PMD模擬器件，這些器件使用具有分立偏振 態偏振旋轉器，如雙態偏振旋轉器，三態偏振旋轉器，雙態和三態的偏振旋轉器組合；本實 用新型還描述了一種使用帶有分立偏振態和至少一個連續可調偏振態旋轉器的PMD補償 和模擬器件。帶有分立偏振態的偏振旋轉器可以在其控制信號的作用下使光產生兩種或者 更多種不同分立的偏振旋轉態。例如，一個三態偏振旋轉器，可以在不同控制信號作用下使 光產生三種不同的偏振旋轉態。所描述的PMD補償和仿真器件中所使用的偏振旋轉器(如 2態、三態偏振旋轉器)都是結合不同的差分群時延標準下的多段雙折射產生的一階、二階 和高階PMD使用的。因此，可有效利用上述的PMD補償和仿真器進行PMD的補償和仿真。圖1顯示的器件100是本實用新型的一種基於三態偏振旋轉器的PMD補償和仿真 的光學器件，器件100包括多個不同DGD單元110和可調光偏振旋轉器120兩部分。每個DGD單元110由雙折射材料構造，當光通過該材料時會產生雙折射，這樣使光通過差分群時 延部件會產生連個正交的偏振態。各個DGD (差分群時延)部分沿著光線傳播的方向依次 排開。可調光偏振旋轉器120分別的放在每兩個DGD單元的縫隙中，前一個DGD單元出射 的光將經過可調光偏振旋轉器的調製進入後一個DGD單元。每個可調光偏振旋轉器由一個 控制信號控制從而產生三種不同的偏振態(即三態偏振旋轉器)。一個控制單元130將控 制偏振旋轉器這3個不同偏振旋轉態以及光通過D⑶單元110和可調光偏振旋轉器後一階 和更高階PMD的產生。該裝置可用來減少波分復用系統中光信號的PMD，因此可以作為一個 PMD補償器件，該裝置還可以用於產生PMD的各種仿真效果。不同長度的D⑶單元110會產生不同的差分群時延，如圖1所示，由同種雙折射材 料做成的DGD單元110沿著光線傳播方向從左到右長度遞減，同樣該長度也可以從左到右 遞增。在一些實現方法中，D⑶單元110的長度可以按照參數2或2m的比例遞增或遞減，其 中m是一個整數。通過配置這些D⑶單元可以產生固定的D⑶數值。另外，D⑶單元110也可以通過一個控制信號的作用下產生可變的差分群時延。例 如，對於電光材料，可以通過改變控制電壓，使D⑶單元110產生可變的差分群時延參數。其 他技術也可以用來產生可控制DGD單元110。例如，可以將光纖擠壓器耦合進保偏光纖中 對光纖進行擠壓，該光纖即可作為可調DGD單元110 ；另外也可以通過光線傳播不同長度時 的級聯多段雙折射，並用可調光旋轉器耦合毗鄰的雙折射單元來形成DGD單元110。由於 光在傳播時其偏振態會由於旋轉器的作用而改變，則光在傳播時其差分群時延參數也會改 變。在一些實現方法中，上述的可調光偏振旋轉器也可以被偏振開關所取代，該開關將控制 接受到的光的偏振態在兩種狀態間變換，第一種狀態為光通過雙折射單元後快慢軸方向不 變，第二種狀態為光通過雙折射單元後快慢軸方向互換。當 偏振態開關調到第一種狀態時， 兩個像相毗鄰的雙折射單元的差分群時延增加，調到第二種狀態時，該時延會減少。在一些 實現方法中，可調光偏振旋轉器和偏振開關可以一起使用來連接相鄰雙折射單元以形成可 變的DGD單元110。這些典型的DGD單元110實現方法在美國專利N05978125、和N07227686 中有詳細描述(專利權人均為姚曉天)，同時也作為本發明的參考一併公開。可調的D⑶單元110和可調光偏振旋轉器120可以結合起來使通過D⑶單元進行 PMD補償和仿真具有更好的效果和靈活性。當DGD單元110可調時，控制單元130可以用來 對D⑶單元110和可調光偏振旋轉器120都進行控制。圖2顯示的是本實用新型的一種典型的3態可調光偏振旋轉器120 (如圖1)的實 現。該方法中的每個可調光偏振旋轉器包括兩個沿著光路擺放的雙態偏振旋轉器210、220。 每個雙態旋轉器210或220可以將光的偏振態從第一個旋轉角度旋轉到第二個反向的旋轉 角度相同的旋轉態。上述兩個旋轉器放在一起使用可以產生三種不同的偏振旋轉態。控制 單元130可以用來控制這兩個雙態偏振旋轉器210和220，這樣總的偏振旋轉角度是第一 次旋轉角度的兩倍。這是三態可調光偏振旋轉器120可以達到的第一個偏振態。控制單元 還可以使第一個雙態旋轉器210產生一個一定角度的偏振旋轉，而第二個旋轉器則產生一 個反向相同角度的旋轉，這樣總得旋轉角度即為這兩個旋轉的綜合，由於這兩次旋轉大小 相同方向相反，所以綜合為0。這是三態可調光偏振旋轉器120可以達到的第二個偏振態。 如果兩個雙態旋轉器210和220都沿反向偏轉一定的角度，則偏振的總角度則是上述第二 個偏振器偏轉角度的兩倍，這是三態可調光偏振旋轉器120的第三個偏振態。態偏振旋轉器210和220可以用磁光旋轉器以避免機械移 動部分帶來的影響。這些利用磁光或其它方法的不需要移動器件的旋轉器可以提高器件的 性能。例如，雙態磁光旋轉器可以具有以下的特點(1)當一個正的大於飽和電壓的電壓加 到磁光旋轉器上時，旋轉器可以使SOP旋轉+22. 5° ； (2)當負的大於飽和電壓的電壓加到 旋轉器上時，則SOP旋轉-22. 5°。其他的偏振旋轉器，如液晶偏振旋轉器和固態雙折射晶 體旋轉器在合適的信號的控制下也可以達到上述的效果。舉一個特例，假設雙態旋轉器第一次旋轉角度為+22. 5°，第二次旋轉角度 為-22.5°，則總得偏振旋轉會有如下三種可能(1)總旋轉角度為+45°兩個雙態旋轉 器旋轉角都為+22.5° ；(2)總偏振角度為0°，第一個旋轉器旋轉角為+22. 5°，第二個 為-22. 5° ；(3)總偏轉角度為-45°，兩個旋轉器旋轉角都為-22. 5°。將這對旋轉器夾入相 鄰的DGD單元便可以形成一個簡單的PMD源。當SOP旋轉角度是+45°時，這兩個晶體的光 軸的差分群時延會會最大；當SOP旋轉角度為-45°時，則該差分群時延達到最小；當SOP 旋轉角度為0+°時，則兩個晶體光軸之間會有+45°的角度差，從而產生二階PMD，因此，偏 振旋轉角度為0的時候會導致PMD補償和仿真器件產生高階的PMD效應。PMD的值等於雙折射部分材料的單元數加1或者可以表示為3N (N為旋轉器對的個 數)，例如N = 6時，PMD的值為729。而D⑶的值(一階PMD情況下)則為2N.，例如N = 6時，DGD的值為64。利用上述公式得出的PMD的值為3N，而DGD的最大值則為一半，因為 DGD 值的範圍為-DGDmax/2 到 +DGDmax/2。在圖2中，構成三態可調光偏振旋轉器120的兩個雙態偏振旋轉器210和220可 以選擇在不同的時間被激活以使短暫損耗最小。圖3顯示的是本實用新型的一種基於雙態偏振旋轉器的用於PMD補償和仿真的光 學器件300。器件300與器件100的構造類似，只是用一個雙態偏振旋轉器取代了圖2所 示中的三態偏振旋轉器。該器件PMD值等於雙折射部分材料的單元數加1或者可以表示為 2N，這比圖1所示的器件的PMD值要小，在兩者D⑶單元110數目相同的情況下。圖3所示 的偏振旋轉器要比三態旋轉器便宜，因為系統中只用到一個雙態旋轉器。圖4顯示的是本實用新型的一種基於雙態和三態偏振旋轉器混合以及具有不同 群時延的雙折射材料構造的PMD補償和仿真的光學器件。雙態偏振旋轉器210和三態可調 光偏振旋轉器120的數量以及相對位置可以根據特殊的需求和應用而定。上述基於具有分立偏振態的旋轉器以及DGD單元110的PMD補償和仿真器件對實 現各種特定的PMD值提供了條件。在某些應用中，除了特定的PMD值，它可能也需要從一個 特定PMD值到另一個特定PMD值之間可以連續可調。使用一個或多個連續可調偏振旋轉器 取代只帶有分立態的旋轉器可以提供PMD值的連續變化，與那些使用具有分立態的偏振旋 轉器相比，增加了 PMD值的數量。這樣的一個使用一個或者多個連續可調偏振旋轉器的設備也可包含一些DGD單 元，從而可以對光通過D⑶單元後雙折射以及差分群延的變化進行探究，這些位於相鄰D⑶ 單元之間的連續可調偏振旋轉器會對從前一個DGD單元出射光的偏振方向進行旋轉。具有 分立偏振旋轉態的旋轉器包含於連續可調偏振旋轉器中。每個分立態的偏振旋轉器在控制 信號的作用下可以產生2個或者更多的偏振旋轉態。而可調偏振旋轉器在控制信號(如電壓)作用下其偏振旋轉會在一個範圍內連續變化。一種控制模式將分別單獨控制每個分立 態的偏振旋轉器以產生具有不同偏振旋轉態的偏振旋轉器。該控制模式也可用於連續可調 偏振旋轉器的控制中。圖5顯示的本實用新型的一種典型PMD補償和仿真光學器件500，包括一個連續可 調偏振旋轉器510、特定分立態的可調光偏振旋轉器120或210、不同差分群時延的DGD單 元。在該器件中，連續可調偏振旋轉器510放在器件開始部分第一個和第二個DGD單元之 間，而器件120或210則放在連續可調旋轉器後面。在其他的裝置中，連續可調偏振旋轉器 也可放在器件的其他位置。上述各器件中還可包括一個接收輸入光並控制輸入光的偏振態的輸入偏振態控 制器，放置在所述一組差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器的前面；一個用以探測經差分 群延遲單元和可調光偏振旋轉器的輸出光的光探測器，分別連接在每個可調光偏振旋轉器 的輸出端；一個用以測量光探測器輸出的誤碼率的誤碼監測器，連接在光探測器的輸出端； 一個用以減少輸出光的誤碼率的反饋控制器，連接在光探測器的輸入端。或者上述各器件中還可包括一個接收輸入光並控制輸入光的偏振態的輸入偏振 控制器，放置在所述一組差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器的前面；一個用以探測經差 分群延遲單元和可調光偏振旋轉器的輸出光的光探測器，分別與每個可調光偏振旋轉器的 輸出端相連；一個提取出射頻頻譜最大值或最小值的反饋控制器，連接在光探測器的輸出 端。圖1-5介紹了一些關於PMD的一些研究。圖1_5所介紹的器件產生的PMD有些與 光波波長有關，而有些與光波波長沒有關係。由圖1-5所示器件產生的波長依賴的PMD值 或狀態會使PMD補償和仿真複雜，從而使其在波分復用以及其他有不同波長光波的系統中 應用變得困難。因此，需要器件在不依賴光波波長的情況下可以對PMD進行補償和仿真。圖6顯示的是由利用圖1所示的三態偏振旋轉器產生的二階PMD(SOPMD)與D⑶ 之間的關係。二階PMD值分布在該圖的各個區域中。該器件產生的二階PMD值相對於DGD 值缺少連續的變化，還可以發現該器件產生的二階PMD值只有少數不依賴於光波波長值。值得注意的是，如果圖5所示的器件，只在輸入端用連續可調的偏振旋轉器，在其 他部分均使用雙態旋轉器，則可以實現該期間產生的所有PMD值都與光源波長無關。圖 7A和7B顯示的是該器件SOPMD( 二階PMD)與D⑶之間的關係。圖7A顯示的是D⑶值在 O-IOOps變化時SOPMD的變化。與圖6的PMD-D⑶圖比較，只在輸入端用連續可調的偏振旋 轉器在其他部分均使用雙態旋轉器的器件可以提供準連續的PMD數值。通過一系列給定的雙態偏振旋轉器和固定值的D⑶單元以及連續調節連續可調 偏振旋轉器可以得到如7B所示的PMD-D⑶曲線。這個PMD-D⑶圖在一些區域是連續的，因 此這種準連續的PMD曲線使得圖5所示的器件在PMD補償和仿真中具有優勢。圖1-5所示的器件可以在不同的光學設備或系統中實現以達到需要的PMD補償和 仿真效果，具體的例子可以參考圖1所示的器件100，圖2-5的所示的器件也可以實現所需 要的功能。圖8所示的是根據圖1-5所示器件100優化的PMD仿真器件800。在器件800的光 路中，是在如圖1或者圖2-5所示的器件100的DGD單元前面使用了偏振控制器(PC)810， 用來接受輸入的光束801並控制該輸入光束的偏振態，並產生輸出光束為802。一個輸入起偏器820放置在光路中D⑶單元和可調旋偏器之前和偏振控制器(PC)SlO之後，用來測量 接收自偏振控制器810的輸入光的偏振。另外，一個輸出檢偏器830放置在DGD和可調旋 偏器後面用來測量來自DGD和可調旋偏器的輸出光的偏振態。控制模塊840通過中央處理 器和電路接口根據輸入偏振和輸出偏振測量至少控制下面之一 (1)輸入偏振控制器；(2) 可調光旋偏器。用圖8所示的器件800進行一個通信系統的PMD上限的實驗時，要求輸入的SOP 要與PMD源的最大PMD效應保持一致。圖8所示的器件可以用來實現當PMD得到不同值時 偏振態的自動優化。具體來說圖8所示的器件可以通過用電腦或者微處理器控制的三態旋 轉器來產生不同的PMD值。所有的器件100可能產生的PMD值可以列入一個表中。使用者 可以從表中選擇不同的PMD值，另一方面，也可以通過圖8所示的器件得到一階和二階PMD 的統計分布通過編寫相應的程序，使用相應的函數，例如Maxwellian分布。PMD值可以通 過表格中特點分布的統計來得到。在另一個應用中，圖8所示的器件可用於DGD為-45度時偏振態的優化。該器件 在輸入端有一個偏振控制器(PC)和偏振檢測器。偏振檢測器可以是一個起偏器或者一個 偏振分束器，其方向與PMD發生器中的雙折射材料光軸方向相一致。處理器接收到檢測器 的信息並根據所得到的信號控制PC。例如，處理器可以通過程序控制指示PC與雙折射材料 光軸角度對齊。此外，圖8所示的器件可用於PMD值最差時的偏振優化。在輸出端可以放置一些 其他類型的檢測器來檢測偏振度(DOP)和其他光通過該器件時PMD變化的參數。處理器接 收到第二個檢測器的信號後會指示偏振控制器PC根據光偏振度的數值調整SOP。處理器也 可以控制不同值PMD的產生。例如，處理器可以通過程序控制偏振控制器PC將第二個偏振 檢測器檢測到得DOP最小化。處理器還可以將DOP的數值與檢測器1、2獲得的其他參數值 進行比較以觀察PMD的影響。圖9A顯示的是用來測試光纖通信系統中可以容忍的PMD上限的器件。圖8所示 的器件800在此處用作PMD源，光源TX910用來產生和準直輸入光束使其入射到儀器100 中，光接收器RX920被擺放在儀器100和輸出檢偏器830的下部。誤碼率測試儀930用來 測量920輸出信號的誤碼率。圖9A所示的器件是針對最壞的DGD或PMD影響的儀器。隨 著器件100的DGD或PMD值不斷上升，RX920所接受到的數據反饋到誤碼率測試儀930中 檢測其誤碼率。誤碼率與D⑶和PMD數值的對應關係分別如圖94B、94C所示。D⑶、PMD的 上限即定義為當誤碼率超過用戶設定的閾值時所對應的DGD、PMD值。圖9A所示的器件也可以用作PMD補償器。圖8所示的器件800在此處可作為探 測器920上部的一個模式接收器。器件800輸入端接收一個光信號，該光信號由光源910 所發出的光耦合入光纖中產生。器件800的處理器接收到偏振探測器830探測到得D0P、 PMD信息，指示PC810調整輸入S0P，這樣通過探測器830探測到的光信號的DOP值可以達 到最大。當DOP對應PMD值達到最大時，認為PMD可以被補償。為了達到最優的PMD補償， 當PC810調整SOP輸入時，PMD值也會改變。最優的PMD補償與最優的PMD設置以及DOP能 否取到最大值有關。圖10顯示的是使用PMD補償器800的一個WDM系統，器件800基於圖1所示或圖 2-5所示用於鏈路PMD測量和補償器件。該系統中，多個光發射機TXslOlO產生不同波長的WDM光信號。波分復用器MUX 1020連接WDM光信號至光纖鏈路1040中，在接收端接收 到輸出信號。在接收端，WDM解復用器(DeMux) 1030將接收到的不同波長的WDM信號分成 沿著不同路徑傳播的各自的WDM信號。在各個光路中，器件800提供各個WDM信號的色散 補償，信號在下遊會被檢測以做其他處理。在器件800的PMD補償模式中，如圖8，當PMD補償最優時，相應的一階、二階PMD 值可以認為與光纖鏈路1040接近。具體說，處理器改變PMD值當PC810調整SOP值使DOP 值最大時。一階、二階PMD的值與PMD源產生的最大DOP值有關，且其值被認為與光纖連 接器1040的PMD值近似。圖IlA和IlB顯示的是兩個提供PMD補償的WDM系統，PMD補償器件1101主要基 於圖1、圖2-5所示的器件完成。如圖IlA所示，PC810放置在器件100的上遊用來控制接 受到光信號的偏振態，偏振態監測器耦合到器件1的輸出中探測連接和PMD源的PMD信息。 PMD效應影響的參數，如D0P，反饋到微處理器電路840中。電路840控制偏振控制器PC810 調整輸入到器件100的光的SOP值使參數達到最大或最小。如果DOP作為參數，當PMD恰 當補償時，其值會達到最大。接收器RXlllO用來接受探測偏振監測器830的輸出信號。圖IlB所示的PMD補償器利用誤碼率作為反饋信息。在該器件中，PMD補償器1102 包括PC810、器件100、接收器RXlllO以及基於電路840和接受器RXlllO的反饋信號的處 理器。接收器RXlllO中的探測器將光信號轉化為電信號。該信號與探測器電路接收到的 誤碼率(BER)有關。BER信息經過微處理器電路840處理，PC310調整SOP值使BER最小。 當BER最小時，PMD得到了有效地補償。圖IlB中，PMD補償通過接收到的WDM信號攜帶的射頻信息作為補償實現。在這個 結構中，光發射機RXsIOIO將RF信號加到WDM信號上。接收器RX1010內的探測器將光信號 轉化為電信號，且對信號在特定頻率下的光譜進行分析。在這些頻率上的RF信息隨PMD源 和光纖連接器共同造成的PMD影響發生變化。測得的RF信息反饋到微處理器中，電路840 指示PC810調整輸入SOP使RF信號達到最大或最小值。上述技術可以通過使用上述的偏振旋轉器件用來構造偏振最優PMD源，使用不同 的組合方法以及實現方法。例如，高精度和高重複性PMD可以通過高重複性的三態旋轉器 得至I」。這樣一種器件可以產生總共729個PMD狀態，其中包括64種不依賴D⑶、192種不依 賴光源波長的二階PMD (SOPMD)，其餘的都為依賴波長的PMD。可以選擇任意狀態的PMD，高 重複性、自定義時間間隔等等。這種儀器可以在Ims或更少的時間產生你所需要的PMD。這 樣可以加速PMD限制的實驗以及當PMD突然變化時，PMD補償器的反應時間。另一方面，該 儀器還可以自動最優化輸入光的偏振態，當進行最壞條件下的一階、2階PMD限制測試時。 偏振最優化可以減少測試時的不確定條件，並且減少測試時間。這些特點對於PMD上限測 試實驗是很有幫助的。該器件還可用於任意優化過的PMD值和用選取的PMD值的PMD補償。 補償通過將輸出端探測到得DOP值最大化完成。PMD和DOP值都會顯示在IXD屏幕上。通 過在DOP最大時調整PMD的值，用戶可直觀的看出PMD值對PMD補償的影響。在選擇最優 化PMD模式時，設備會經歷所有PMD狀態並尋找最大的DOP值。DOP值最大的PMD狀態將被 選為最優狀態用於PMD補償。參照圖10、11A、11B，這樣一個器件可用於測量光纖連接器的PMD值，因為最優化 下的PMD值與此時光纖連接器的PMD相近。因此，為了測光纖連接器的PMD值，可以用最優化過的PMD源來實現。IXD上顯示的最優化的PMD即為該連接器的PMD值。在一個特定 ROADM網絡傳輸的PMD狀態，在這種情況下，發射端需要使用雷射光源，接受端使用偏振優 化PMD源來進行PMD補償。最優化過後的PMD值即為光纖傳輸的PMD值。基於PMD的信 息，它可以決定是否該傳播路線可以進行40G傳輸以及是否需要進行PMD補償。在具體裝 置中，可以在PMD源前放置光放大器(例如摻鉺光纖放大器EDFA)以加強光信號。基於圖1-5的器件也可用來測量系統的損耗情況。在一個有問題的光纖傳播系統 中，往往很難確定它的問題的原因。無論是PMD的問題、色度色散的問題(CD)、信噪比(SNR) 的問題等等。通過PMD補償可以判斷問題是否是由PMD所造成的。如果PMD補償解決了傳 輸的問題，那麼PMD顯示是問題的原因所在，如果PMD補償沒有解決問題，則其可能就不是 產生問題的原因。通過這樣的判斷，才能確定光纖傳輸是否需要進行PMD補償。PMD源的另一個應用是進行PMD仿真，控制PMD源可以得到PMD的統計分布來模擬 光纖系統中PMD的變化。此外，偏振控制單元也可以用同樣的方法實現。內部偏振控制器可以實現很多偏 振控制功能，包括專門SOP產生、擾偏、偏振態追蹤等。因此，該儀器可以滿足所有偏振分 析、控制的要求。偏振優化可以通過使用本實用新型中的PMD源來實現。例如，在DGD數值範圍的 實驗中，輸入SOP可以通過作為D⑶反饋信息探測到得SOP信號得到優化。在PMD範圍測 試中，輸入SOP可以通過最小化探測到得DOP值來實現，該DOP值是對D⑶和SOPMD信號造 成的信號衰減信息的反饋。在PMD補償中，輸入的SOP可以通過對上述的DOP值取最大值 來實現最優化。圖12、13顯示的是兩個裝裝置有上述PMD檢測器和PMD補償器的典型光通信裝置。圖12所示的光纖通信裝置1200其光源波長可調以探測不同波長下WDM通道的 PMD值。該可調信道光源可以產生WDM通道中的任何波長線偏振光。測試光信號直接通過 WDM復用器1020、光纖傳輸器1040到達光纖裝置1200。這樣，該測試信號光的PMD可以反 映出該裝置的PMD。該光源包括一個光源1212，可調光濾波器1214。裝置中，光放大器1216 可用來放大經過濾波器後的傳輸光信號，一個光學偏振片1218可用來去確保測試光信號 的線偏振光進入WDM復用器1020。裝置的接收端有光學耦合器1220，它位於WDM解復用器1030的上遊，用來將1030 所接受的光信號中包含探測光信號的部分光信號1222分解出來。可調光濾波器1230用來 接受光探測器信號1222，並產生濾波後光探測信號1232。可調光濾波器1230調諧到相同 的可調諧光濾波器1214波分復用波長。濾波後的光探測信號將進入PMD設備1201中，該 設備可為圖1-5中所述設備中的一種。可調濾波器1214、1230可調節到WDM通道的各個波 長來測量各個通道的PMD特性，這樣WDM通道的PMD特性可以在不同的時間內測量出來。圖13所示的光纖通信裝置1300，在接收端有可調光濾波器，因此任意選擇WMD通 道波長都可以產生對應的光探測信號。在裝置接收端，光耦合器1220位於WDM解復用器上 遊，將探測信號1222從WDM通道中信號1030中分離出來。可調濾波器1220用來對光探測 信號1222濾波以產生包含已選WDM通道的探測信號。調節濾波器1230，WDM通道的PMD特 性可以在不同的時間內測量。該設計中，WDM通道信號用來進行PMD測量，圖12中的可調諧ASE光源信號1210被去掉。該裝置設計用於圖12和圖13中，使用一個單一的PMD儀器1201與指定的監測號 通道連接，使用可調諧光濾波器1230來監測所有渠道的PMD，以便選擇某一時間的WDM渠 道。這些設計都是基於在所有WDM渠道上共享相同的PMD儀器1201監測PMD，因此PMD儀 器1201不必從WDM DeMUX 1030連接到每一個多功能光學WDM路徑下遊。儘管上述內容包含了許多細節，但這些不應被解釋為限制了本實用新型的保護的 範圍，而是具體描述了實用新型的特殊功能，那些所描述的某些功能也可以結合成一個單 一的部分中實現。相反的，某一單一部分中描述的各種功能也可以分別在各部分或任何合 適的組合部分中實現。而且，雖然上述功能作用在某些組合部分，但在一些情況下，組合部 分中一個或更多的功能會從組合部分中刪除，所述的組合可能會直接轉變為再組合或再組 合的變更形式。目前只描述了少數實施例。然而，基於權利要求書中所描述和說明書所描述的內 容，可以對已描述的實施例和其他實施例進行變形，修改和改進。
權利要求1.一種偏振模仿真及色散補償器件，其特徵在於，包括以下部分一組的差分群延遲單元，每個差分群時延單元沿光的傳播方向間隔排列； 一組產生不同的偏振旋轉的可調光偏振旋轉器，每個可調光偏振旋轉器分別放置在兩 個差分群延遲單元之間的空隙中，每個可調光偏振旋轉器受外部控制信號的控制，產生三 種不同的偏振旋轉；一個用以和可調光偏振旋轉器進行通信的控制器，分別與各個可調光偏振旋轉器相連。
2.如權利要求1所述的器件，其特徵在於所述每個可調光偏振旋轉器均由兩個雙態 的可調光偏振旋轉器組成，該兩個雙態的可調光偏振旋轉器沿光傳播方向串聯放置，每個 雙態的可調光偏振旋轉器中第二旋轉角和第一旋轉角方向相反。
3.如權利要求2所述的器件，其特徵在於所述每個雙態的光偏振旋轉器由磁光偏振 旋轉器組成。
4.如權利要求2所述的器件，其特徵在於所述每個雙態的光偏振旋轉器，其第一旋轉 角度為+22. 5°，第二旋轉角度為-22. 5°。
5.如權利要求1所述的器件，其特徵在於所述差分群延遲單元的長度相差為2倍或 an倍，其中m為整數。
6.如權利要求1所述的器件，其特徵在於還包括一個接收輸入光並控制輸入光的偏振態的輸入偏振控制器，放置在所述一組差分群延 遲單元和可調光偏振旋轉器的前面；一個測量經輸入偏振控制器後的輸入光的偏振態的輸入起偏器，放置在所述一組差分 群延遲單元和可調光偏振旋轉器之前，輸入偏振態控制器之後；一個測量經差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器後的光的偏振態的輸出檢偏器，放置 在所述一組差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器之後。
7.如權利要求1所述的器件，其特徵在於還包括一個用來接收輸入光並控制輸入光的偏振態的、並根據所測量到的輸入偏振態和輸出 偏振態來控制輸入偏振控制器或可調光偏振旋轉器之一的接收輸入光並控制輸入光的偏 振態的輸入偏振控制器，放置在所述一組差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器的前面；一個測量來自輸入偏振控制器的光的偏振態的輸入起偏器放置在差分群延遲單元及 可調光偏振旋轉器與輸入偏振控制器之間；一個測量經差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器後的光的偏振態的輸出檢偏器，放置 在所述一組差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器的後面。
8.如權利要求7所述的器件，其特徵在於還包括一個用以探測經差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器的輸出光的光探測器，連接在所 述一組可調光偏振旋轉器的輸出端；一個用以測量光探測器輸出的誤碼率的誤碼監測器，連接在光探測器的輸出端； 一個根據從探測器輸出控制模塊測量到的誤碼率提供的反饋信號，並根據反饋信號對 輸入偏振控制器和光偏振旋轉器之一或全部進行控制以減少探測器輸出的誤碼率的反饋 控制器，連接在光探測器與輸入偏振控制器或光偏振旋轉器之間，或與之全部連接。
9.如權利要求1所述的器件，其特徵在於還包括一個接收輸入光並控制輸入光的偏振態的輸入偏振控制器，放置在所述一組差分群延 遲單元和可調光偏振旋轉器的前面；一個用以探測經差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器的輸出光的光探測器，與所述 一組可調光偏振旋轉器的輸出端相連；一個處理來自光探測器的探測輸出，以提取由輸入光束通過射頻信號所攜帶的光譜信 息，並控制控制單元進而控制輸入偏振控制器和光偏振旋轉器之一或全部，產生一個最大 或最小功率的射頻信號以減少輸出光的誤碼率的反饋控制器，連接在光探測器的輸出端。
10.一種光波分復用通信裝置，其特徵在於，包括以下部分一個從不同的信號路徑和WDM波長中分離出WDM信號的WDM解復用器； 一組光接收器，各自位於不同的信號路徑位置；其中，每個光接收器含有一個偏振模色散補償器，該偏振模色散補償器包括 一組差分群時延單元，每個差分群延遲單元沿光的傳播方向間隔排列； 一組可調光偏振旋轉器，每個可調光偏振旋轉器放置在兩個差分群延遲單元之間； 一個用以和可調光偏振旋轉器進行通信的控制器，分別與各個可調光偏振旋轉器相連。
11.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，每個可調光偏振旋轉器由兩個雙態的可 調光偏振旋轉器組成，該兩個雙態的可調光偏振旋轉器沿光傳播方向放置，每個雙態的可 調光偏振旋轉器具有第一旋轉角度和與第一旋轉角度相反的第二旋轉角度。
12.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，每個雙態的光偏振旋轉器由磁光偏振旋轉器組成。
13.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，每個雙態的光偏振旋轉器的第一旋轉角度為+22. 5°，第二旋轉角度為-22. 5°。
14.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，各差分群延遲單元的長度相差為2倍或 an倍，其中m為整數。
15.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，每個光接收器還包括一個接收輸入光並控制輸入光的偏振態的輸入偏振態控制器，放置在所述一組差分群 延遲單元和可調光偏振旋轉器的前面；一個測量經輸入偏振控制器後的輸入光的偏振態的輸入起偏器，放置在所述一組差分 群延遲單元和可調光偏振旋轉器的前面，輸入偏振控制器的後面；一個測量經差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器後的光的偏振態的輸出檢偏器，放置 在一組差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器的下遊。
16.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，每個光接收器還包括 一個探測輸出檢偏器的光的光探測器，與輸出檢偏器的輸出端相連；一個測量光探測器輸出的誤碼率的誤碼率監測器，與光探測器的輸出端相連； 一個根據從探測器測量到的誤碼率控制輸入偏振控制器和可調偏振控制器之一或者 全部，以減少輸出光的誤碼的反饋控制器，連接在光探測器和輸入偏振態控制器或可調光 偏振旋轉器之間，或將光探測器與輸入偏振控制器和可調偏振旋轉器同時連接。
17.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，每個光接收器還包括一個接收輸入光以控制輸入光，並根據測量到的輸入和輸出光偏振態至少控制輸入偏振態控制器和可調光偏振旋轉器之一的偏振態的輸入偏振控制器，連接在一組差分群延遲 單元和可調光偏振旋轉器的前面；一個測量經差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器後的光的偏振態的輸出檢偏器，連接 在一組差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器的後面。
18.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，每個光接收器還包括一個接收輸入光並控制輸入光的偏振態的輸入偏振態控制器，連接在一組差分群延遲 單元和可調光偏振旋轉器的前面；一個探測差分群延遲單元和可調光偏振旋轉器輸出的光的光探測器，分別連接在每個 可調光偏振旋轉器的輸出端；一個測量光探測器輸出的誤碼率的誤碼率監測器，連接在光探測器的輸出端； 一個向控制部分提供基於測量到的探測器輸出誤碼率的反饋信號，並根據反饋信號至 少控制輸入偏振態控制器和可調光偏振方向旋轉器用之一以減少輸出光的誤碼率的反饋 控制器，連接在光探測器的輸出端。
19.一種偏振模仿真及色散補償裝置，其特徵在於，包括以下幾部分 一個用以接受光的輸入埠；一組差分群時延單元，每個差分群延遲單元沿輸入埠接受的光的傳播方向間隔排列；一組用以產生兩個或多個不同的偏振態方向的分立態可調光偏振旋轉器，每個可調光 偏振旋轉器分別放置在兩個差分群延遲之間；一個用以和可調光偏振旋轉器進行通信的控制器，分別與各個分立態可調光偏振旋轉 器相連。
20.如權利要求19所述的裝置，其特徵在於，所述分立態可調光偏振旋轉器為可調的 雙態偏振態旋轉器。
21.如權利要求20所述的裝置，其特徵在於，所述每個雙態的光偏振旋轉器中第一旋 轉角度為+22. 5°，相反的第二旋轉角度為-22. 5°。
22.如權利要求19所述的裝置，其特徵在於，所述分立態可調光偏振旋轉器包括 可調的三態偏振態旋轉器和可調的雙態偏振態旋轉器。
23.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於，所述每個可調的三態偏振態旋轉器包括 沿光傳播方向排列的兩個雙態偏振態旋轉器，以使其合併產生三個不同的旋轉角度。
專利摘要本實用新型涉及偏振模仿真及色散補償器件及其光波分復用通信裝置，屬於光學偏振器件及其應用技術領域，該光學器件包括一組的差分群延遲單元，每個差分群時延單元沿光的傳播方向間隔排列；一組產生不同的偏振旋轉的可調光偏振旋轉器，每個可調光偏振旋轉器分別放置在兩個差分群延遲單元之間的空隙中；一個用以和可調光偏振旋轉器進行通信的控制器，分別與各個可調光偏振旋轉器相連。該器件通過採用多個可調偏振旋轉器，具有不同分立偏振旋轉態，用於產生和分析在不同應用下一束光的偏振態。
文檔編號H04B10/18GK201926824SQ20102022827
公開日2011年8月10日 申請日期2010年6月13日 優先權日2010年6月13日
發明者姚曉天 申請人:北京高光科技有限公司, 通用光訊光電技術(北京)有限公司