专利名称：用于色散补偿的光接收器及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光网络的光接收器，包括色散补偿模块，用以调节经过光网络传输的光信号的色散量。
背景技术：
在光传输系统中，色散的存在造成了脉冲扩展，从而对于长距离的光传输系统以及对于未来的透明/混合网络例如在OADM的输入或交叉连接处而言色散的控制代表了关键问题。色散补偿控制需要用以驱动色散补偿模块的控制信号，从而可将在传输期间累积的色散减少到几乎为零。
对于色散控制，现存有各种方案。最为常用的一种方案在于在加入强度数据调制(数据率B Gbit/s)之前对光载波加入频率调制；以及利用PLL电路对B GHz的时钟信号在传播期间经历的相移进行分析。该方案的主要缺陷之一在于这样的事实，PLL电路需要适应于数据率。此外，该方案需要高速电子电路。
由于线性色散通常自身是波长的函数的事实，色散包括线性色散(一种群延迟的变化率与波长的量度，通常以皮秒每纳米计量)和高阶项。由于在实际系统中可能在传播期间出现这样的非线性效应，所以补偿之后线性色散的优化值(称为残留色散)一般并不为零。
本发明的目的是提供用于补偿色散而不管数据率的光接收器及方法，以及提供用于监控残留色散的简易方式。
发明内容
该目的通过上述种类的光接收器来实现，其中用于对经过光网络传输的色散探测信号(包括预定义的数据序列)进行光谱扩展的非线性光元件，设置于该色散补偿模块下游的测量路径中；以及用于在预定频率范围上测量光色散探测信号的平均功率的功率测量装置，设置于测量路径中非线性光元件的下游。
本发明的方法是从经过非线性光元件(例如高度非线性光纤)的传播之后色散探测信号的所测量的平均功率中提取用于驱动色散补偿模块的反馈控制信号或用于确定残留色散值的监控信号。该方法仅依赖于预定义的数据序列，能够在任何数据率下进行应用，并不需要在数据信号上叠加任何监控信号。而且，它不需要任何高速电子电路反馈或监控信号可通过简单的光功率测量从低速光功率测量设备中提取。
本发明利用这样的事实，即数据探测信号的脉冲在传输期间由于色散而扩展。如果在传输之后色散补偿被优化，则这些脉冲恢复其初始脉冲形状。相反地，在非优化色散补偿情况下脉冲形状将被扩大。当比较不同情况之间的脉冲峰值功率时，在时间脉宽最小时，也就是在优化色散补偿的情况下，脉冲峰值功率将最大。
现在考虑脉冲在传输之后在非线性光元件中发射，由于经过非线性光元件的传播所造成的光谱扩展将依赖于输入脉冲峰值功率。峰值功率越大，光谱扩展越大。因此，通过在预定频率范围上测量色散探测信号的脉冲流的平均功率，可获得输入脉冲的时间形状的图像。
在优选实施例中，分析滤波器设置于非线性光元件下游的测量路径中，并且分析滤波器具有相对于色散探测信号基础频率去谐的传输频率范围。分析滤波器的传输范围中的平均光功率是对于传输探测信号光谱扩展的量度，其与色散有关。
在又一优选实施例中，色散补偿模块和功率测量装置通过反馈路径来连接，从而色散量能够以使得平均功率最大化的方式来修改。由于非线性光元件内的光谱扩展与色散相联系的关系，将色散探测信号在经过非线性光元件传递之后的光功率最大化等效于优化色散补偿。
在该实施例的优选改进中，功率测量装置包括光/电转换器，用于将对于测量装置的光输入信号转换成测量装置的电输出信号。以此方式，能够产生对于色散补偿模块的电输入信号，从而简化了色散补偿模块的调节。
在优选实施例中，用于对由于光网络中的非线性效应而造成的光探测信号的色散量进行计算的残留色散监控装置，连接到色散补偿模块和功率测量装置。残留色散能够通过将实际传输的色散探测信号的平均光功率分布与利用经过光网络的仿真线性传输的色散探测信号的平均光功率分布进行比较来计算。
在又一优选实施例中，用于选择光探测信号信道的选择滤波器设置于非线性光元件上游的测量路径中。在光网络包括相互不同波长的多个信道时，比如在波分复用(WDM)系统中，这样的设置是有利的。
在优选实施例中，用于放大经过光网络传输的光信号的放大器设置于色散补偿模块下游的传输路径中，并且用于将部分色散探测信号从传输路径分路到测量路径的光分路器被设置于放大器下游的传输路径中。色散探测信号的一部分在放大之后被分路到测量路径，而大部分信号经过传输路径进行传递，以用于进一步分析。
本发明还在用于补偿和/或监控经过光网络传输的光信号色散的方法中得以实现，包括如下步骤在光网络的第一地点产生色散探测信号(包括预定义的数据序列)，经过光网络将色散探测信号从第一地点传输到第二地点，在第二地点调节光探测信号的色散量，经过非线性光元件传播色散探测信号，以及在预定频率范围上测量所传播的色散探测信号的平均光功率。如上所述，本发明的方法可用来补偿由经过光网络的传输所造成的色散和/或监控残留色散值。
在一种优选变形中，调节色散探测信号的色散量，使得色散探测信号的平均光功率最大化。以此方式，色散补偿装置调节了用于补偿的优化色散值。
在又一优选变形中，残留色散量是通过将经过光网络传输的色散探测信号的平均光功率分布与经过光网络的仿真线性传输的色散探测信号的平均光功率分布进行比较来计算的。
假定色散探测信号经过光网络线性传输，色散探测信号的最大功率将对于零色散来测量，并且色散补偿模块将准确地补偿经过光网络传播期间累积的色散。然而，由于光网络中的非线性效应，用于补偿的优化色散值(残留色散)将并不为零。残留色散能够通过对经过光网络分别在有非线性效应和无非线性效应时传输的两个光探测信号平均功率分布的形状进行比较来测量。经过光网络的线性传输的仿真是可能的，因为在传输之前色散探测信号的形状是已知的。
进一步的优点可从描述和附图中获取。上述和下述特征可独立地或以任意组合共同地按照本发明来使用。所述实施例不应当理解为穷举，而是对于本发明的描述具有示例性特征。
本发明在附图中被示出，其中图1示出了具有按照本发明的光接收器的传输系统；图2示出了作为线性色散的函数的光功率分布；以及图3示出了两个光功率分布，其分别作为传输期间有非线性效应和无非线性效应时的线性色散的函数。
具体实施例方式
图1示出了传输系统1，其包括设置于光发射器3与光接收器5之间的光网络2，光发射器3被分路到光网络2的第一地点4，光接收器5被分路到光网络2的第二地点6。
光接收器5的部件表示于图1的虚线区域内。光接收器5包括色散补偿模块7(DCM)，其是基于传输路径9中掺铒光纤放大器8上游的热可调啁啾光纤光栅。在放大器8的下游，光分路器10被置于传输路径9中，其将经过传输路径9传输的部分光信号分路到测量路径11中。
测量路径11逐一地包括选择滤波器12，用于信道选择；具有30μm2的有效面积的4km长非线性光纤，其作为非线性光元件13；分析滤波器14，相对于色散探测信号(DPS)的载波来去谐；以及功率计，作为功率测量装置15。对于光滤波器12、14，不需要严格的规范选择滤波器12的特征依赖于信道间隔，而1nm带宽的光滤波器对于分析滤波器14是必要的。还可以通过利用两个可调滤波器(DPS提取、分析滤波器)和对于DPS可调的激光器来实现信道化的色散监控。对于非线性光元件13，可以使用其他非线性介质(SOA、光子晶体等)。
功率测量装置15和色散补偿模块7通过反馈路径16来连接。功率测量装置15通过廉价的低速电子电路(MHz频率范围)来构建，并包括光电二极管作为光/电转换器17，用于将分析滤波器14的光输出信号转换成用于色散模块7的电输入信号。色散监控装置20也被安排于反馈路径16中。
在下文中，描述了传输系统1的功能原理。
发射器3产生低比特速率光信号(312.5MHz)作为色散探测信号，其包括具有50ps半高全宽(FWHM)的高斯形脉冲。DPS是利用可调激光器产生的，以便分析波分复用(WDM)信号的不同分量，并且跟随有调制器，以便产生强度调制。DPS的光功率是这样选择的，它在非线性光元件13内发射时为10dBm。可通过利用高度非线性介质(高度非线性光纤、SOA、光子晶体)作为非线性光元件13来减少光功率。
光探测信号经过光网络2从第一地点4传输到第二地点6。进入光接收器5的色散探测信号通过色散补偿模块7。在放大之后，提取一部分色散探测信号，并且将其在非线性光元件13内进行发射。选择滤波器12用来选择待控制的DPS信道。在非线性光元件13中传播期间造成的光谱扩展，定义为传播之后的光谱宽度Δωrms除以传播之前的光谱宽度Δω0，通过如下等式给出
(Δω)rms(Δω)0=1+433φmax2----[1]]]>并且该光谱扩展可从在去谐分析滤波器14的输出处进行的平均光功率测量中推断。如等式[1]所示，在光谱扩展Δωrms/Δω0与项Φmax(＜1)之间存在线性关系，该项Φmax(＜1)与输入色散探测信号的脉冲峰值功率Ppeak成比例。此外，等式[2]T1T0=(1+cβ2ZT0)2+(β2ZT02)2----[2]]]>具体描述了时间脉宽扩展，其被定义为经过光网络2传输之后的时间脉宽T1与传输之前的时间脉宽T0之商。项β2与色散成比例，Z指代在光网络2中传输线的波阻抗。
由于峰值功率在时间脉宽增大时减小，可从等式[1]中推断在色散未被优化时脉冲扩展会是低的。因此，在滤波之后由功率测量装置15提供的信号对于非优化的色散是低的。因而，功率测量装置15的输出信号可用来驱动DCM7，从而使它改变光探测信号的色散量，以便最大化由测量装置15测量的平均光功率。在此情况中，实现了优化的色散补偿。
图2示出了mW的平均光功率P(在分析滤波器14的输出处测量的)相对于可通过去谐DCM 7所获得的ps/nm的色散D的分布。平均光功率最大值Pmax定义了色散D为0时的点。该点对应于当DCM 7准确地补偿由经过光网络2的传输所造成的色散时的情况。
如果在光网络2中不存在非线性效应，则上述推理是对的。在实际的传输系统中，由于在传播期间出现的非线性效应，用于补偿的优化线性色散值(称为残留色散)不为零。
为了评价非线性传输的影响，图3示出了用于实际传输的在分析过滤波器14之后光功率P的第一分布18和没有非线性效应时仿真传输的第二分布19。可观察到非线性效应的影响是低的。因此，甚至在传输系统中传播期间存在非线性效应的情况下，测量最大平均功率的原理仍然有效。
重要的是注意到第一分布18与第二分布19之间的形状差异可被用来监控残留色散值。为了进行必要计算，残留色散监控装置20被连接到DCM 7和功率测量装置15。由于DPS的形状已知，能够在表中存储计算所必需的值。
对于低于400ps/nm的残留色散值，能够以优于40ps/nm的准确度来估算残留色散的绝对值。该测量准确度可通过利用具有低于50ps的FWHM的色散探测信号来改善，但是代价是色散工作范围的减少。相反地，能够通过增加FWHM来增加色散工作范围。
权利要求
1.一种用于光网络的光接收器，包括色散补偿模块，用于调节经过该光网络传输的光信号的色散量；用于对经过该光网络传输的色散探测信号进行光谱扩展的非线性光元件，设置于该色散补偿模块下游的色散测量路径中；用于在预定的频率范围上测量该光色散探测信号的平均功率的功率测量装置，设置于该色散测量路径中该非线性光元件的下游；以及分析滤波器，设置于该非线性光元件与该功率测量装置之间，其中该分析滤波器具有相对于该色散探测信号基础频率去谐的传输频率范围。
2.根据权利要求1所述的光接收器，其中该色散补偿模块和该功率测量装置通过反馈路径来连接，从而色散量以使得该平均功率最大化的方式来修改。
3.根据权利要求2所述的光接收器，其中该功率测量装置包括光/电转换器，用于将对于该测量装置的光输入信号转换成该测量装置的电输出信号。
4.根据权利要求1所述的光接收器，其中残留色散监控装置被连接到该色散补偿模块和该功率测量装置，该残留色散监控装置用于计算由于该光网络中的非线性效应而产生的该光探测信号的色散量。
5.根据权利要求1所述的光接收器，其中用于选择该光探测信号信道的选择滤波器被设置于该非线性光元件上游的该色散测量路径中。
6.根据权利要求1所述的光接收器，其中用于放大经过该光网络传输的光信号的放大器设置于该色散补偿模块下游的传输路径中，并且用于将部分该色散探测信号从该传输路径分路到该色散测量路径的光分路器设置于该放大器下游的传输路径中。
7.用于补偿和/或监控经过光网络传输的光信号色散的方法，包括如下步骤在该光网络的第一地点产生色散探测信号，经过该光网络将该色散探测信号从该第一地点传输到第二地点，在该第二地点调节该色散探测信号的色散量，经过非线性光元件传播该色散探测信号，经过分析滤波器传递所传播的色散探测信号，该分析滤波器具有相对于该色散探测信号基础频率去谐的传输频率范围，以及在预定频率范围上测量经过该分析滤波器传递的该色散探测信号的平均光功率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中该色散探测信号的色散量被调节为使得该色散探测信号的平均光功率最大化。
9.根据权利要求7所述的方法，其中残留色散量是通过将经过该光网络传输的色散探测信号的平均光功率分布与经过该光网络的仿真线性传输的色散探测信号的平均光功率分布进行比较来计算的。
全文摘要
一种用于光网络(2)的光接收器(5)包括色散补偿模块(7)，用于调节经过光网络(2)传输的光信号的色散量，其特征在于，用于对经过光网络(2)传输的色散探测信号进行光谱扩展的非线性光元件(13)，设置于色散补偿模块(7)下游的测量路径(11)中，以及用于在预定的频率范围上测量光色散探测信号的平均功率的功率测量装置(15)，设置于测量路径(11)中非线性光元件(13)的下游。
文档编号H04B10/2513GK1780182SQ20051012368
公开日2006年5月31日 申请日期2005年11月18日 优先权日2004年11月25日
发明者弗雷德里克·塞吉诺, 布律诺·拉维涅, 奥利维耶·勒克莱尔 申请人:阿尔卡特公司