用於對偏振復用信號進行去復用的光接收機系統和方法

2023-09-22 18:02:35 2

專利名稱：用於對偏振復用信號進行去復用的光接收機系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及光接收機，更具體地，涉及簡化的光接收機架構， 其中，該架構能夠對偏振-復用信號進行跟蹤和去復用，利用各種偏振
控制器技術動態地補償偏振模色散(PMD),並且將用於差分相移鍵 控(DPSK)和差分正交相移鍵控(DQPSK)調製的延遲線解調器的 數量減少一半。
背景技術：
傳統的光纖通信系統發展完好並用於傳輸高數據速率的信號，例 如10Gbps和40Gbps 。然而，網絡的迅速發展推動光纖通信系統的速 率不斷增大。例如，當前的標準機構(例如IEEE)考慮100Gbps的數 據速率， 一旦考慮前向糾錯(FEC)和分幀(例如G.709)開銷，則需 要更高的傳輸速率(即，接近112Gbps)。其它標準機構(例如ITU-T) 考慮120Gbps的數據速率，需要更高的傳輸速率(即，接近130Gbps)。 該高數據速率超過了傳統的電子器件和光學器件的限制。例如，傳統 的系統利用直接二進位調製方案。不利地，直接二進位調製方案具有 非常差的頻鐠效率，使得在波分復用(WDM)系統中限制了整體的傳 輸系統使用。
一種用於改善光語效率並降低系統電子器件和光學器件需求的方 案是在單模光纖(SMF)中使用光信號的兩個正交偏振，即，偏振復 用(polarization multiplexing, PolMux )。通過在相同的載波信號上傳輸 兩個數據流有效地將信號波特率減d、一半。利用差分相移鍵控(DPSK ) 也能夠改進信號傳輸特性，其中，DPSK為光的放大自發輻射(ASE) 噪聲提供了增大的容限(tolerance),並且為有害的光纖非線性效應提 供了增大的容限。
在保留其它優點的情況下，利用差分正交相移鍵控(DQPSK)傳輸還能夠獲得光譜效率的進一步改善。同時，色散(CD)的容限被增 大，並且信號的波特率被降低(但是比特率並沒有被降低)。例如，能
夠利用PloMux和DQPSK將112 Gbps的信號編碼為28GB的信號而 對其進行傳輸，相應地只需要支持28 Gbps的電子器件和光學元件。 有利地，這就允許超過傳統的直接二進位調製方案限制的高速率信號 傳輸。
值得注意的是，偏振復用系統需要被配置為實現偏振去復用和偏 振模色散(PMD)抑制的接收機架構。PDM是高比特率信號在光纖中 傳播時所經歷的 一 般有害效應。其與光纖幾何學中與理想完美圓形對 稱的背離相關。由於光纖幾何學，光信號被相應地分為用不同的速度 傳播的兩個偏振模式(偏振主態，PSP)，即，因此光纖變成雙折射並 且看起來像大量波片的集合。
在某些點上，模之間累積了充分的延遲，使得到達接收機的信號 看起來像具有不同到達時間的兩個流。所接收的信號經歷雙徑幹擾。 該延遲獨立於信號的速率並且是光纖鏈路的固有特性。然而，當比特 周期變短時，數據信號所經歷的損害與比特率成比例。當數據由正交 偏振光運載時，PMD會對偏振復用引起特別的問題，並且PMD會破 壞該正交性且引起偏振串擾。因此，PMD抑制是用於偏振復用的、高 速率接收機架構的所需組件。
參考圖1,偏振復用/DxPSK接收系統10的本領域的現狀使用分 離的組成部件12、 14、 16來實現PMD抑制12、偏4展去復用14、 16 以及DPSK/DQPSK (共同稱為"DxPSK")信號解調和平衡"險測22、 24、 26、 28所需的功能。不利地，傳統的傳輸方案具有與接收機設計 相關聯的增加的複雜性。例如，輸入28包括具有兩個偏振的光信號。 輸入28被連接至由兩個偏振狀態共享的PMD補償器12。利用控制器 18在PMD補償器12與偏振控制器(PC) 14之間提供反饋和控制。
特別地，需要系統IO在偏振分束器(PBS) 16處分解具有高度偏 振串擾抑制的正交偏振光。而且，當其破壞偏振光之間的正交性時， PMD容限被降低。最後，DxPSK調製對每個正交和偏振都需要一個 分離的延遲解調器20、 22(即，DPSK有兩個，DQPSK有四個)，相應地增加了系統的成本。把每個級作為獨立的PMD補償器，隨後是
PM去復用和DxPSK解調，這是非常昂貴且低效的，並且每級都需要 更快的控制循環。
因此，非常有利的是，提供一種接收機方案，其能夠在具有減少 的零件數的單個系統中完成PMD抑制、偏振去復用以及DxPSK信號 解調和平衡4企測。

發明內容
在各種示例性實施方式中，本發明提供了簡化的光接收機結構， 該接收機結構能夠對偏振復用信號進行跟蹤和去復用，利用各種偏振 控制器技術動態地補償PMD，以及將用於DPSK和DQPSK調製的延 遲線解調器的數量減少 一 半。 一 旦在本發明的級聯繫統的第 一 級控制 偏振，則隨後的級能夠被簡化並且降低成本。該方案需要仔細考慮經 過全部接收機光鏈的偏4展。
在本發明的示例性實施方式中，光接收機系統包括偏振去復用和 偏振模色散抑制部分、從偏振去復用和偏振模色散抑制部分接收輸出 的第一偏振分束器、以及解調器。偏振去復用和偏振模色散抑制部分 包括連接至第一雙折射元件的偏振控制器、連接至第一單級波片的第 一雙折射元件、以及控制處理器，其中，該控制處理器被配置為響應 於反饋信號控制偏振控制器和第一單級波片。解調器包括從第一偏振 分束器接收第 一偏振光的第二雙折射元件、連接至第二雙折射元件的 第二偏振分束器、從第二偏振分束器接收輸出的第 一組光電探測器、 從第一偏振分束器接收第二偏振光的第三雙折射元件、被連接至第三 雙折射元件的第三偏振分束器、以及從第三偏振分束器接收輸出的第 二組光電探測器。可選地，光接收機系統進一步包括連接至第一單級 波片的第二雙折射元件，並且該第二雙折射元件被連接至第二單級波 片，其中，控制處理器被進一步配置為控制第二單級波片。第一、第 二、第三雙折射元件包括穩定的保偏光纖、雙折射晶體元件、以及偏 振分離的多徑元件之一。穩定的保偏光纖包括主動的熱穩定性。
光接收機系統進一步包括位於第 一偏振分束器之後的耦合器、以及信號檢測器，其中，耦合器可操作以提供信號分接頭，信號檢測器 被配置為接收信號分接頭並為控制處理器產生反饋信號以抑制偏振模 色散。偏振控制器、第一雙折射元件和第一單級波片被配置為創建兩 正交的偏振傳播模式且模式之間具有可忽略的耦合。第二和第三雙摺 射元件的每個被配置為提供一比特延遲，其中，解調器進一步包括第 二和第三雙折射元件的每個之間的接頭。偏振去復用和偏振模色散抑 制部分被配置為同時穩定偏振光和抑制偏振模色散。光接收機系統進 一步包括入射到偏振去復用和偏振模色散抑制部分的光信號，其中， 入射的光信號包括偏振復用、以及差分相移鍵控和差分正交相移鍵控 中的一個。
在本發明的另一個示例性實施方式中，具有雙徑結構並在解調器 中處理兩個偏振光的光接收機系統包括偏振去復用和偏振模色散抑制 部分、以及解調器。偏振去復用和偏振模色散抑制部分包括連接至循 環器的第 一埠的偏振控制器、連接至循環器的第二埠的第 一雙摺 射元件、連接至第一雙折射元件的第一單級波片、連接至第一單級波 片的第二雙折射元件、連接至第二雙折射元件的反射鏡、以及控制處 理器，其中，該控制處理器被配置為響應於反饋信號控制偏振控制器 和第一單級波片，循環器和反射鏡可操作以形成雙徑結構。解調器包
括在循環器的第三埠接收輸出的延遲幹涉儀；均從延遲幹涉儀接收 輸出的第一和第二偏振分束器，其中，延遲幹涉儀被配置為向第一和 第二偏振分束器發送第一和第二偏振光；從第一和第二偏振分束器的 每個接收第一偏振光的第一組光電探測器；以及從第一和第二偏振分 束器的每個接收第二偏振光的第二組光電檢測器。可選地，光接收機 系統進一步包括連接在循環器的第三埠與延遲幹涉儀之間的第二單 級波片，其中，控制處理器被進一步配置為控制第二單級波片。第一 和第二雙折射元件包括穩定的保偏光纖、雙折射晶體元件、以及偏振
分離的多徑元件之一。穩定的保偏光纖包括主動的熱穩定性。
可選地，解調器是第一解調器，來自循環器的第三埠的輸出是 分支，並且光接收機系統進一步包括第二解調器。第二解調器包括從 循環器的第三埠接收輸出的分支的第二延遲幹涉儀；均從第二延遲幹涉儀接收輸出的第三和第四偏振分束器，其中，第二延遲幹涉儀被 配置為均向第三和第四偏振分束器發送第一和第二偏振光；從第三和
第四偏振分束器的每個接收第一偏振光的第三組光電探測器；以及從 第三和第四偏振分束器的每個接收第二偏振光的第四組光電探測器。 偏振控制器、第一和第二雙折射元件和第一單級波片被配置為創建兩 正交偏振傳播模式且模式之間具有可忽略的耦合，並且偏振去復用和 偏振模色散抑制部分被配置為同時穩定偏振光和抑制偏振模色散。
在本發明的另 一 個示例性實施方式中，具有雙徑結構並在解調器 中分別處理兩個偏振光的光接收機系統包括偏振去復用和偏振模色散 抑制部分、從循環器的第三埠接收輸出的第一偏振分束器、以及解 調器，其中，第一偏振分束器可操作以分解第一和第二偏振光。偏振 去復用和偏振模色散抑制部分包括連接至循環器的第 一埠的偏振控 制器、連接至循環器的第二埠的第一雙折射元件、連接至第一雙摺 射元件的第一單級波片、連接至第一單級波片的第二雙折射元件、連 接至第二雙折射元件的反射鏡、以及控制處理器，其中，控制處理器 被配置為響應於反饋信號控制偏振控制器和第一單級波片，循環器和 反射鏡可操作以形成雙徑結構。解調器包括從第一偏振分束器接收第 一偏振光的第一延遲幹涉儀，其中，第一延遲幹涉儀包括雙折射波片； 均從第 一延遲幹涉儀接收輸出的第三偏振分束器；從第二和第三偏振
分數器的每個接收第一偏振光的同相成分的第一組光電探測器；以及 從第二和第三偏振分束器的每個接收第一偏振光的正交成分的第二組
光電探測器。解調器進一步包括從第一偏振分束器接收第二偏振的第 二延遲幹涉儀，其中，第二延遲幹涉儀包括雙折射波片；均從第二延 遲幹涉儀接收輸出的第四和第五偏振分束器；從第四和第五偏振分束 器的每個接收第二偏振的同相成分的第三組光電探測器；以及從第四 和第五偏振分束器的每個接收第二偏振的正交成分的第四組光電探測 器。
可選地，光接收機系統進一步包括連接在循環器的第三埠與第 一偏振分束器之間的第二單級波片，其中，控制處理器被進一步配置 為控制第二單級波片。第 一 和第二雙折射元件包括穩定的保偏光纖、雙折射晶體元件、以及偏振分離的多徑元件之一。穩定的保偏光纖包 括主動的熱穩定性。偏振控制器、第一和第二雙折射元件和第一單級 波片被配置為創建兩正交的偏振傳播模式且模式之間具有可忽略的耦 合，並且偏振去復用和偏振模色散抑制部分被配置為同時穩定偏振光 和抑制偏振模色散。


在本文中，參考各附圖描述和說明本發明，其中，相同的數字適 當地表示相同的系統元件，其中
圖1是傳統的接收機系統的框圖，其中，該系統利用分離的組成
部件實現PMD抑制、偏振去復用以及DPSK/DQPSK信號解調和平衡
檢測所需的功能；
圖2是根據本發明的示例性實施方式的光接收機系統的框圖； 圖3是具有歸零(RZ)脈沖的DPSK的示例性實施方式的示意圖； 圖4是能夠用在第一級和DxPSK解調器中的不同相關延遲元件的
各種示例性實施方式的示意圖5是根據本發明的另一個示例性實施方式的光接收機系統的框
圖，其中，該系統增加了有效的級數並減少了所需的PMF光纖；以及 圖6是用於DQPSK解調並具有I和Q通道的另一解調器系統的框圖。
具體實施例方式
在各種示例性實施方式中，本發明提供了簡化的光接收機結構， 其中，該光接收機結構能夠對偏振-復用信號進行跟蹤和去復用，利用 各種偏振控制器技術動態地補償PMD，並將用於DPSK和DQPSK調 制的延遲線解調器的數量減少一半。 一旦在本發明的級聯繫統的第一 級穩定偏振光，隨後的級則能夠筒化並降低成本。
本發明穩定保偏光纖(PMF)部分，以使得相位變化保持在單個 2tt周期內。從而，本發明只需要單個完全任意的偏振控制器，而隨後 的控制器則可被實現為具有明確方向軸的單級可調整波片。可選地，本發明考慮利用基於晶體的差分偏振延遲或其類似代替PMF部分。
參考圖2，示出了根據本發明的示例性實施方式的光接收機系統
30。接收機系統30例如從單模光纖(SMF)接收輸入32, 輸入32 包括具有兩個偏振態的光信號。接收機系統30是提供偏振去復用、 PMD抑制和DxPSK解調的級聯繫統。在第一級34中，系統30同時 實現偏振去復用和PMD抑制。有利地， 一旦在第一級34中將偏振穩 定，隨後的級則被簡化並降低成本。
本發明通過光接收機系統30將這些功能結合到一起並不斷地監 測偏振。通過結合這些功能，接收機系統30相對於傳統的設計降低了 控制循環的複雜性。另外，本發明能夠利用各種偏振控制器技術來降 低成本並增加跟蹤和補償帶寬。而且，本發明將用於DPSK和DQPSK 調製的延遲線解調器的數量減少 一半。
在第一級34中，輸入32被連接至多級無窮偏振控制器(PC)36。 PC 36被配置為補償偏振波動以提供穩定的偏振態(SOP)。 PC 36的 基本組成部件是光學波片。波片將入射光信號分解為兩個正交的偏振 光(即，垂直的和水平的)，並且施加相對光學相移。例如，與入射的 線偏振光成X。角的X/2波片將該線偏振光旋轉2X。，例如，與入射的 線偏振光成45°角的X/2片將信號旋轉90°。在另一個實施例中，45° 的X/4片將線偏振光轉變為圓偏振光。
通常，PC36被實現為由外部參數(例如，來自控制處理器42的 反饋)控制的一組級聯的波片。PC 36中的每個波片均可具有兩個控 制參數，即，其方向軸和其相對的相位延遲順序。某些偏振控制方法 能控制兩個參數，而某些偏振控制方法用相應的平衡只控制其中的一 個參數。本發明考慮了任意的偏振控制方法。在該示例性實施方式中， 波片36包括由X切割Z方向傳播的鈮酸鋰(LiNb03 )材料或者X切 割Y方向傳播的鈮酸鋰(LiNb03 )材料實現的級聯旋轉波片。
第一級34還包括附加的波片38、 40,其中，波片38、 40是單級 可變波片。本發明在第一級34將入射的光信號穩定，使得相位變化保 持在羊個2tt周期內。因此，光接收機系統30隻需要單個完全任意的 PC,例如PC36。隨後的控制被實現為單級波片38、 40。控制處理器42被配置為響應於從信號檢測器和錯誤信號發生器
44接收的錯誤信號而控制PC36和波片38、 40。檢測器/發生器44被 配置為從耦合器46接收光分接頭，在偏振分束器(PBS) 48已將偏振 光分離之後，耦合器46分接出光信號的一部分。檢測器/發生器44測 量光信號偏振中的波動和內部偏振幹擾，並以錯誤信號的形式將反饋 信號提供給控制處理器42，控制處理器42反過來則控制PC 36和波 片38、 40。
控制處理器42、 PC 36和波片38、 40可操作以抑制PMD。光信 號被分解為以不同速度傳播的兩個偏振模式(即，偏振主態(PSP))， 即，光纖變成雙折射且看起來像大量波片的集合。在某些點上具有由 在模式之間累積的PMD造成的足夠長的延遲，使得到達輸入32的信 號看起來像具有不同到達時間的兩個流。該延遲獨立於信號速率，並 且是光纖的固有特性。
第一級34在接收機系統30中穩定入射的偏振光，即，垂直和水 平分量，並且引入相對延遲，其中，該延遲大約等於光纖中累積的延 遲。但是，該延遲的相對符號發生反轉，使得在傳輸光纖中被延遲的 分量在補償部分中被提前。延遲元件可為某種形式的物理徑差，例如， 高度雙折射晶體或者高度雙折射光纖(例如，保偏光纖50、 52)。波 片36、 38用於將合適的光信號分量與雙折射元件的慢軸或快軸對準， 以通過雙折射元件(即，PMF、晶體、多徑)在光信號分量之間引入 相對時延。
在示例性實施方式中，PC36和波片38、 40通過穩定的保偏光纖 (PMF)的兩部分50、 52進行連接。PMF 50、 52利用在核周圍故意 引入的壓力或者橢圓率在折射的光學指數中引入大的定向差。因而創
建了兩個正交的偏振光傳播模式，且模式之間具有可忽略的耦合。折 射的指數的差異性造成不同的模式群速度，並且通常的商業光纖所呈 現的微分模式延遲大約為每0.6米lps。因而，28Gbps信號的半比特 延遲將需要大約71.3ps的延遲，其中，該延遲大約為43 m的PMF 50、 52。 PMF50、 52通過在級34引入相對延遲來抑制PMD。在可選的示 例性實施方式中，PC36和波片38、 40可通過雙折射晶體元件、偏振分離的多徑元件等進行連接。
在第一級34之後，光信號被輸入到PBS 48中，PBS48簡單地將 光信號的正交偏振光分離。在PBS48之後，光信號被分為兩個偏振光 54、 56並被發送到分離的徑上用於DxPSK解調。DPSK和DQPSK方 案的都落入一般類型的相位解調。這些由自零差差分原理所檢測。參 見圖3,示出了具有RZ脈沖的DPSK的示例性實施方式。注意，DPSK 和DQPSK也能和非歸零(NRZ)脈衝一起使用。首先，將RZ脈沖 80輸入到脈沖調製器82,脈衝調製器利用預編碼的數據執行相位調製 以輸出經過DPSK相位調製的RZ數據流84。
在數據流84中傳輸的數據被編碼為7T的差分相移。例如，如果發 送"0",則相移為7T或-7T，如果發送"1"，則相位保持一致。數據流 84在徑86(例如，光纖)上傳輸。在接收機88處，由光信號形成兩 份副本，並且一份副本由延遲幹涉儀延遲一比特。在幹涉儀的輸出處 進行比較。如果相位相同，相長幹涉則在"1"埠 90處產生脈衝， 如果相位是反向的，相長幹涉則在"0"埠 92處產生脈衝。在埠 90、 92上的這些脈沖均由光電探測器94進行電觀測得到，並且將其 相減。因而，在傳統的電數據恢復電路中，'T，被觀測為正脈沖，"0" 被觀測為負脈衝。DQPSK也是類似的，但是相移增量是7r/2。
回到圖2，在本發明的示例性實施方式中，兩個偏振光54、 56均 通過45°接頭58，然後通過穩定的PMF光纖60部分。45°接頭58將 光信號在PMF光纖60的快、慢軸上平均劃分，PMF光纖60的快、 慢軸反過來用於引入解調所需的相對的一比特延遲。在PMF光纖60 之後，信號由PBS 64處理，其中，PBS 64的軸相對於PMF光纖成45° 角。因此，加快和減慢用於光幹涉的光學分量，並且產生同相輸出到 PBS90的"1"埠或者產生異相輸出到PBS 90的"0"埠。該操 作與圖3中的延遲幹涉儀88的功能相同。
光接收機系統30的性能由第一級34中的PC 36、波片38和40 的數量和PMF部分50、 52所管理。圖2的示例性實施方式包括兩部 分。其它配置能夠包括附加的波片和PMF部分，改進了整體接收機性 能和PMD補償能力，但是產生了增加的成本和複雜性。參見圖4，在本發明的示例性實施方式中，不同的相對延遲元件
100、 102、 104能夠被用作第一級和DxPSK解調器中的雙折射元件。 這些不同的延遲元件100、 102、 104^f皮配置為在正交的偏振光之間^是 供固定的相對延遲。在第一選擇中，可使用穩定的PMF部分IOO用作 圖2所示的延遲元件。PMF100是光纖，其中，在具有很少或無交叉 耦合的光功率在偏振模式之間傳播的過程中，維持入射到光纖中的光 波的偏振面。使用PMF 100的幾種不同設計，例如，通過非圓包層橫
PMF IOO很昂貴並且比標準單模光纖具有更高的衰減。
本發明利用在PM光纖的兩個模式("慢"和"快")之間引入相 對光學相移的機制來穩定PM光纖部分。溫度的變化引起玻璃材料的 折射指數的變化並產生熱膨脹。指數熱係數(1/ndn/dT)為8 x 10.6/°C， 並且熱膨脹系統(Kexp=l/1 dl/dT)為8x 10—7/。C。然而，PM光纖的主 導機制是雙折射的熱致變化。例如，計算時將普通PANDA類型光纖 的係數KB設置為大約-1 x 1(TV。C，其比熱膨脹高出若干個數量級(指 數變化已包含該效應中)。具有減弱的熱依賴性的PM光纖已被論證， 但是還沒有看到廣泛的商業開發。
PM光纖的"慢，，和"快"模式之間的相對光學相移計算如下
必- — 2冗￡ 、 =~7~~ W呻十'入s' j di 丄s ，其中，LB是PM光纖的拍長。
假定U的典型參數為3 mm，並假定所需的PM光纖長度，得到 的相移為
對於21 m的PM光纖，dr ，以及
^ = —25 rad/T 對於12 m的PM光纖。
由於通常的工業溫度的變化範圍大於50度，因此有效的相位變化 將為2200個弧度或者350個全波周期。明顯地，如此巨大的熱依賴性 需要主動穩定性，並且穩定性必須是熱穩定性。具有減弱的熱依賴性 的PM光纖能夠以其它的方法(例如，機械延伸機制)獲得穩定。
通過假定本發明能夠容忍溫度上的最大士7T/2的相位變化，並且假定在這種情況下所需的熱控制穩定性為AT = ±tt/2 / 25 = 0.068 。C,可計 算PMD補償部分所需的熱穩定性。該穩定性完全能夠用本領域目前 的熱控制狀態獲得，而且，用PM部分之後的1級可變波片獲得進一 步的精確度。
通過假定本發明能夠容忍溫度上的最大士tt/60的相位變化，並且在 這種情況下所需的熱控制穩定性為AT = ±tt/60 / 44 = 0.0012 。C，可計算 信號解調器部分所需的熱穩定性。該穩定性很有挑戰性，並且能夠通 過耦合到光纖拉伸控制獲得進一 步的改善。
本文中提供的計算和數量接近最壞情況，即，假定具體的PANDA 類型的光纖具有非常高的熱依賴性。其它光纖類型，例如空氣孔輔助 PM光纖，具有比其小IO倍的熱穩定性。因而，利用其它光纖類型， 所有的上述穩定性要求能夠被放寬大約10倍。
在另一個示例性實施方式中，雙折射晶體元件102能夠用作延遲 元件。雙折射元件102提供了非常穩定且緊湊的相對延遲元件，但是 需要在感興趣的波長上具有合適的光傳輸的晶體，並且需要仔細的制 作、封裝和光纖連接。而且，在另一個選擇中，可將反向徑元件104 與偏振分束器106、兩個不同長度的PMF 108、 110以及偏振合束器 112 —起使用。該實現避免了晶體傳輸問題，但是需要對具有精確的 相對延遲控制的微光學元件仔細裝配。
參見圖5，在本發明的另一個示例性的實施方式中，光接收機系 統120增加了有效級數，並減少了所需的PMF光纖使用或者其它雙摺 射元件。接收機系統120提供了雙徑結構，並用相同的延遲幹涉儀來 處理用於DPSK解調的兩個偏振信號。另外，接收機系統120能夠用 於DQPSK檢測，但是用具有四個輸出的DQPSK延遲解調器取代 DPSK延遲解調器。
包括兩個偏振的光信號輸入122被輸入到偏振控制器124。在該 實施方式中，用於偏振去復用和PMD抑制的第一級包括循環器130、 穩定的PMF的第一部分132、穩定的PMF的第二部分134以及反射 鏡136。循環器130和反射鏡136允許雙徑結構。控制處理器140被 配置為控制PC 124和波片126、 128，以動態地抑制PMD並且確保隨後的偏振去復用。類似於圖2,光接收機系統120在第一級穩定入射 的光信號，使得相位變化保持在單個27T周期內。因此，光接收機系統
120僅需要單個完全任意的PC，例如PC124。隨後的控制被實現為單 級波片126、 128。
在波片128之後，光信號被分解為兩個偏振光，偏振光1和2, 其中，偏振光l位於慢軸上，偏振光2位於快軸上。這些偏振光被提 供給解調器150用於DPSK解調。
可選地，對於DQPSK解調，還包括第二解調器152。解調器150、 152是具有非雙折射操作的解調器。在此實現中，延遲幹涉儀154是 非雙折射元件，且其將偏4展光1和2發送至兩個分離的PBS 156、 158。 PBS 156、 158分別對偏振光1和2進行分離。第一PBS156對相應於 兩個偏振光的"1" it據的光信號進行分離，並且第二PBS 158對相應 於兩個偏振光的"0"數據的光信號進行分離。PBS 156、 158的輸出 被發送至光電探測器160、162用於檢測。解調器150提供了用於DPSK 和DQPSK解調的同相通道(I-通道)的解調。解調器152提供了用於 DQPSK解調的正交通道(Q-通道)的解調，但是對於DPSK解調來說 解調器152是不需要的。
對於DQPSK解調，接收機系統120 <吏用兩個分離的延遲幹涉儀 用於I和Q通道，但是在相同的解調器內處理兩個偏振光。參見圖6， 可選的解調器系統180可具有大約相同的普通級別的複雜性，但是在 延遲解調器182、 184之前分離偏振信號。延遲解調器182、 184均用 於單個信號偏振光，並且利用其自身的內部偏振模式差異來分別解調 I和Q通道。
解調器系統180利用與圖5中的接收機系統120相同的偏振跟蹤 系統/PMD補償元件(元件124-140)。在圖6中，所示的解調器系統 180用於I和Q通道的DQPSK解調，並且系統180可用於不具有Q 通道的DPSK解調。偏振分束器186從偏振跟蹤系統/PMD補償器部 分接收光信號。偏振分束器186分解偏振光，並將其先發送至45°接 頭188、 190，然後發至延遲解調器182、 184。
延遲解調器182、 184分別包括雙折射波片192、 194以提供偏振光之間的相關相移。延遲解調器182包括+tt/4相移波片192，延遲184 包括-tt/4波片194。延遲解調器182、 184創建光信號的副本，並且延 遲該副本以提供幹擾來確定相位。在延遲解調器182、 184之後，原始 信號和副本首先被分別發送至45°接頭196、 198、 200、 202，然後被 發送到PBS 204、 206、 208、 210。
PBS 204、 206從原始信號和副本中分離出第一偏振光，並且將輸 出提供給光電探測器212、 214，用於第一偏振光的I和Q通道。PBS 208、 210從原始信號和副本中分離出第二偏振光，並且將輸出提供給 光電^^果測器216、 218,用於第二偏振光的I和Q通道。
在本發明的各種示例性實施方式中，接收機系統架構提供對偏振 復用信號的跟蹤和去復用，同時動態地補償PMD。本發明能夠利用本 領域公知的各種偏振控制器技術來減少成本並增大跟蹤和補償的帶 寬。而且，本發明將用於DPSK和DQPSK解調的延遲線解調器的數 量減少一半。本發明將偏振去復用、PMD抑制和DxPSK解調的功能 結合到一起，而不是將其作為分離的、獨立的部件。
儘管參考優選的實施方式和具體的實施例說明和描述了本發明， 但是，對於本領域的普通技術人員來說顯而易見的是，其它實施方式 和實施例可執行類似的功能和/或獲得類似的結果。所有這些等效的實 施方式和實施例在本發明的精神和範圍內並傾向於由權利要求所覆 蓋。
權利要求
1. 一種光接收機系統，包括偏振去復用和偏振模色散抑制部分，其包括連接至第一雙折射元件的偏振控制器；所述第一雙折射元件被連接至第一單級波片；以及控制處理器，被配置為響應於反饋信號控制所述偏振控制器所述第一單級波片；第一偏振分束器，從所述偏振去復用和偏振模色散抑制部分接收輸出；以及解調器，其包括從所述第一偏振分束器接收第一偏振光的第二雙折射元件；連接至所述第二雙折射元件的第二偏振分束器；從所述第二偏振分束器接收輸出的第一組光電探測器；從所述第一偏振分束器接收第二偏振光的第三雙折射元件；連接至所述第三雙折射元件的第三偏振分束器；以及從第三偏振分束器接收輸出的第二組光電探測器。2. 如權利要求1所述的光接收系統，進一步包括被連接至所述第一單級波片的第二雙折射元件，並且所述第二雙折射元件被連接至第二單級波片；其中，所述控制處理器被進一步配置為控制所述第二單級波片。
2. 如權利要求1所述的光接收系統，進一步包括被連接至所述第 一單級波片的第二雙折射元件，並且所述第二雙折射元件被連接至第 二單級波片；其中，所述控制處理器被進一步配置為控制所述第二單級波片。
3. 如權利要求1所述的光接收機系統，進一步包括耦合器，位於所述第一偏振分束器之後，並且可操作以提供信號 分才妄頭；以及信號檢測器，被配置為接收所述信號分接頭，並生成用於所述控 制處理器的所述反饋信號以抑制偏振模色散。
4. 如權利要求1所述的光接收機系統，其中，所述偏振控制器、所述第一雙折射元件以及所述第一單級波片被配置為創建兩個正交的 偏振傳播模式，所述模式之間具有可忽略的耦合。
5. 如權利要求1所述的光接收機系統，其中，所述第二和第三雙 折射元件中的每個均被配置為提供一比特延遲，並且所述解調器進一 步包括所述第二和第三雙折射元件中的每個之間的接頭。
6. 如權利要求1所述的光接收機系統，其中，所述偏振去復用和 偏振模色散抑制部分被配置為同時穩定偏振光和抑制偏振模色散。
7. 如權利要求1所述的光接收機系統，其進一步包括輸入所述偏 振去復用和偏振模色散抑制部分的入射光信號，其中，所述入射光信 號包括偏振去復用，並包括差分相移鍵控和差分正交相移鍵控之一。
8. 如權利要求1所述的光接收機系統，其中，所述第一、第二和 第三雙折射元件包括穩定的保偏光纖、雙折射晶體元件和偏振分離的 多徑元件之一。
9. 如權利要求8所述的光接收機系統，其中，所述穩定的保偏光 纖包括主動的熱穩定性。
10 —種具有雙徑架構並在解調器中對兩個偏振光均進行處理的 光接收機系統，包括偏振去復用和偏振模色散抑制部分包括連接至循環器的第 一 埠的偏振控制器；連接至所述循環器 的第二埠的第 一雙折射元件；連接至所述第 一雙折射元件的第一單級波片；連接至所述第一單級波片的第二雙折射元件；連接 至所述第二雙折射元件的反射鏡；以及控制處理器，所述控制處理器被配置為響應於反饋信號控制所述偏振控制器和所述第一 單級波片；其中，所述循環器和反射鏡可操作以形成所述雙徑架構； 解調器，其包括接收所述循環器的第三埠的輸出的延遲幹涉儀；均從所述 延遲幹涉儀接收輸出的第一和第二偏振分束器，其中，所述延遲 幹涉儀被配置為將第一和第二偏振發送給所述第一和第二偏振 分束器；從所述第一和第二偏振分束器中的每個接收所述第一偏 振的第一組光電探測器；以及從所述第一和第二偏振分束器中的 每個接收所述第二偏振的第二組光電探測器。
11. 如權利要求IO所述的光接收系統，進一步包括被連接在所述 循環器的所述第三埠與所述延遲幹涉儀之間的第二單級波片；其中，所述控制處理器被進一步配置為控制所述第二單級波片。
12. 如權利要求IO所述的光接收系統，其中，所述解調器包括第 一解調器，其中，來自所述循環器的所述第三埠的輸出被分解；並 且所述光接收系統進一步包括第二解調器，所述第二解調器包括從所述循環器的所述第三埠接收所分解的輸出的第二延遲幹涉 儀；從所述第二延遲幹涉儀接收輸出的第三和第四偏振分束器，其中， 所述第二延遲幹涉儀被配置為將所述第一和第二偏振光發送給所述第 三和第四偏振分束器；從所述第三和第四偏振分束器中的每個接收所述第一偏振光的第三組光電探測器；以及從所述第三和第四偏振分束 器中的每個接收所述第二偏振光的第四組光電探測器。
13. 如權利要求IO所述的光接收機系統，其中，所述第一和第二 雙折射元件包括穩定的保偏光纖、雙折射晶體元件和偏振分離的多徑 元件之一。
14. 如權利要求13所述的光接收機系統，其中，所述穩定的保偏 光纖包括主動的熱穩定性。
15. 如權利要求IO所述的光接收機系統，其中，所述偏振控制器、所述第一和第二雙折射元件和所述第一單級波片被配置為創建兩個正交的偏振傳播模式，所述模式之間具有可忽略的耦合；以及其中，所述偏振去復用和偏振模色散抑制部分被配置為同時穩定 偏振光和抑制偏振模色散。
16. —種具有雙徑架構並在解調器中分別處理兩個偏振的光接收 才幾系統，包括偏振去復用和偏振模色散抑制部分，其包括連接至循環器的第 一埠的偏振控制器；連接至所述循環器 的第二埠的第 一雙折射元件；連接至所述第 一雙折射元件的第 一單級波片；連接至所述第一單級波片的第二雙折射元件；連接 至所述第二雙折射元件的反射鏡；以及控制處理器，其中，所述 控制處理器被配置為響應於反饋信號控制所述偏振控制器和所 述第一單級波片；其中，所述循環器和反射鏡可操作以形成所述雙徑架構； 從所述循環器的第三埠接收輸出的第一偏振分束器，所述第一 偏振分束器可操作以將第一和第二偏振光分離；以及 解調器，其包括從所述偏振分束器接收所述第 一偏振的第 一延遲幹涉儀，所 述第一延遲幹涉儀包括雙折射波片；均從所述第一延遲幹涉儀接 收輸出的第二和第三偏振分束器；從所述第二和第三偏振分束器 中的每個接收所述第一偏振光的同相成分的第一組光電探測器； 從所述第二和第三偏振分束器中的每個接收所述第一偏振光的 正交成分的第二組光電探測器；從所述第一偏振分束器接收所述第二偏振光的第二延遲幹 涉儀，其中，所述第二延遲幹涉儀包括雙折射波片；從所述第二 延遲幹涉儀接收輸出的第四和第五偏振分束器；從所述第四和第 五偏振分束器中的每個接收所述第二偏振光的同相成分的第三 組光電探測器；以及從所述第四和第五偏振分束器中的每個接收所述第二偏振光的正交成分的第四組光電探測器。
17. 如權利要求16所述的光接收機系統，進一步包括連接在所述 循環器的所述第三埠與所述第 一偏振分光束之間的第二單級波片；其中，所述控制處理器被進一步配置為控制第二單級波片。
18. 如權利要求16所述的光接收機系統，其中，所述第一和第二 雙折射元件包括穩定的保偏光纖、雙折射晶體元件和偏振分離的多徑 元件之一。
19. 如權利要求17所述的光接收機系統，其中，所述穩定的保偏 光纖包括主動的熱穩定性。
20. 如權利要求16所述的光接收機系統，其中，所述偏振控制器、 所述第一和第二雙折射元件和所述第一單級波片被配置為創建兩個正 交的偏振傳播模式，且所述模式之間具有可忽略的耦合；以及其中，所述偏振去復用和偏振模色散抑制部分被配置為同時穩定 偏振光和抑制偏振模色散。
全文摘要
示出了一種簡化的光接收機結構，其中，該接收機結構能夠對偏振復用信號進行跟蹤和去復用，利用各種偏振控制技術動態地補償PMD，並且將用於DPSK和DQPSK調製的延遲線解調器的數量減少一半。一旦在本發明的級聯繫統的第一級穩定了偏振光，則隨後的級可被簡化並降低成本。
文檔編號H04J14/00GK101414882SQ20081017027
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月20日 優先權日2007年10月19日
發明者麥可·Y·弗蘭克爾 申請人:希爾納公司