偏振模仿真及色散补偿器件及其光波分复用通信装置的制作方法

专利名称：偏振模仿真及色散补偿器件及其光波分复用通信装置的制作方法
技术领域：
偏振模仿真及色散补偿器件及其光波分复用通信装置
背景技术：
本实用新型属于光信息处理和光信息传输技术领域，特别涉及偏振模式仿真器件 以及偏振模色散补偿器件。
背景技术：
利用光学设备或系统测得的的光线的光学特性、参数等可以有多方面的应用。例 如，这种光学测量可用于决定设备或系统的性能和工作条件。光偏振信息是各种光学系统、 器件、应用中光学信号的一个重要参数。两个偏振态正交的光的偏振信息、光信噪比、差分 群延迟等都是光学应用中非常重要的参数。在光纤通信系统中，偏振模色散(PMD)可以极 大的影响光学设备或系统的正常性能与表现，通信系统传输的速率越快，这种影响就越强 (例如，从IOGbps到40Gbps、IOOGbps甚至更高)。偏振模色散主要将引起一个光信号的两 个主偏振分量以不同的速度进行传播因此扩展了信号的比特宽度。结果导致它会增加误码 率(BER)以及服务中断的产生。与其他的系统缺陷不同(例如色度色散，偏振模色散对系 统的影响是随机的而且随时间迅速变化的，因此减少偏振模色散也变得很难。发明内容本实用新型的目的是提供一种偏振模仿真及色散补偿器件及其光波分复用通信 装置，通过采用多个可调光偏振旋转器，该可调光偏振旋转器具有不同分立偏振旋转态，用 于产生和分析在不同应用下一束光的偏振态。本实用新型提出一种偏振模仿真及色散补偿器器件，其特征在于，包括以下部 分一组的差分群延迟(DOT)单元，每个差分群时延单元沿光的传播方向间隔排列；—组产生不同的偏振旋转的可调光偏振旋转器，每个可调光偏振旋转器分别放置 在两个差分群延迟单元之间的空隙中；一个用以和可调光偏振旋转器进行通信的控制器，分别与各个可调光偏振旋转器 相连。上述每个D⑶单元来实现光的双折射效应，这种效应对经过D⑶单元输入光两束 正交偏振态之间引入差分群时延。各个D⑶单元彼此分立，分别放置在由入光口接收入射 光的光路上。每个可调光偏振旋转器可旋转在DGD单元和下一个DGD单元之间的光偏振态 的。该可调光偏振旋转器至少包括一个连续可调的光旋转器，用连续可调的控制信号实现 连续旋转光偏振态，达到光的目标偏振态，以及分立可调光偏振旋转器用相应的分立控制 信号来产生两个或更多的不同分立偏振旋转。整个器件还包含一个可控模块可以和可调光 偏振旋转器通信，来实现每个可调光偏振旋转器的控制。这个控制模块是可调的可以产生 不同连续可调的控制信号值，来实现控制连续可调光偏振旋转器，以及产生一个分立值给 每个分立的控制信号来调节每个单独的分立的可调光偏振旋转器，来产生相应的一个或两 个或更多的偏振旋转态。这种分立态可调光偏振旋转器可以调节为两态偏振旋转器，每个 可改变通过其光的偏振旋转角度，通过第一个旋转角和与第一个旋转角反方向的第二个旋转角来实 现。上述每个差分群时延(DOT)单元实现光的双折射效应，这种效应对经过D⑶单元 输入光两束正交偏振态之间引入差分群时延。DGD单元件彼此分立排列在光路中，可调光偏 振旋转器分别排列在DGD单元之间。每个可调光偏振旋转器是可旋转在DGD单元和下一个 DGD单元之间的光偏振态的。每个可调光偏振态旋转器响应的控制信号产生三个不同的偏 振旋转，一个控制模块与可调光偏振旋转器来各自控制每个光偏振旋转器，通过DGD单元 和可调光偏振旋转器产生三个不同偏振旋转态中的一个来产生一阶或高阶偏振模色散。本实用新型还提出一种光波分复用(WDM)通信装置，其特征在于，包括以下部分一个从不同的信号路径和WDM波长中分离出WDM信号的WDM解复用器；一组光接收器，各自位于不同的信号路径位置；其中，每个光接收器含有一个偏振模色散补偿器，该偏振模色散补偿器包括一组差分群时延(DOT)单元，每个D⑶单元沿光的传播方向间隔排列；一组可调光偏振旋转器，每个可调光偏振旋转器放置在两个D⑶单元之间；一个用以和可调光偏振旋转器进行通信的控制器，分别与各个可调光偏振旋转器 相连。上述波分复用解复用器用于从不同信号路径分离出不同波分复用信号；一个在不 同信号路径的光接收器，相应的，每个光接收器接收特定波长的一路波分复用光信号，并且 从接收的光波分复用信号中提取数据。每个光接收器包含一个偏振模色散(PMD)补偿器， 它包括差分群时延迟①⑶)单元，对通过D⑶单元的光的正交偏振光产生双折射，D⑶单元 彼此分立排列在光路中，可调的光偏振旋转器相应的排列在DGD单元空隙中，一个可调的 光偏振旋转器，在两个DGD单元间旋转光的偏振态，每个可调光偏振旋转器对应的控制信 号产生三个不同的偏振旋转，一个控制模块与可调的光偏振旋转器来各自控制每个光偏振 旋转器，通过差分群时延器和可调的偏振旋转器对通过DGD单元的光产生三个不同偏振旋 转态中的一个来产生一阶或高阶偏振模色散。可调光偏振旋转器可以消减接收的波分复用 信号的偏振模色散。本实用新型还提出一种偏振模仿真及色散补偿器件，其特征在于，包括以下几部 分一个用以接受光的输入端口 ；一组差分群时延单元，每个差分群延迟单元沿输入端口接受的光的传播方向间隔 排列；一组用以产生两个或多个不同的偏振态方向的分立态可调光偏振旋转器，每个可 调光偏振旋转器分别放置在两个差分群延迟之间；一个用以和可调光偏振旋转器进行通信的控制器，分别与各个分立态可调光偏振 旋转器相连。本实用新型的特点本实用新型通过采用多个可调光偏振旋转器，该可调光偏振旋转器具有不同分立 偏振旋转态，可用于产生和分析在不同应用下一束光的偏振态。


图1显示了本实用新型的一种典型的可用于PMD补偿和PMD仿真的光学器件，该 器件是利用具有3个分立偏振态的偏振旋转器和不同差分群时延的双折射材料构造的。图2显示的是图1中提到的一种典型的有三种分立偏振态的偏振旋转器。图3显示的是本实用新型的另一种典型的可用于PMD补偿和PMD仿真的光学器 件，该器件基于具有二个分立偏振态的偏振旋转器和具有不同差分群延迟的双折射材料所 构造。图4是本实用新型的一种基于带有两个分立偏振态和三个分立偏振态的混合偏 振旋转器和带有不同群时延的差分群时延器件用来补偿PMD和进行PMD仿真的光学器件。图5显示的是本实用新型的一种典型的至少有一个连续可调偏振旋转器的PMD补 偿和仿真的光学器件。该器件中偏振旋转器具有不同的偏振态，差分群时延器件具有不同 的群时延。图6显示的是二阶PMD对于差分群延迟的一个函数，该图像是基于图5中具有三 个分立偏振态的偏振旋转器和不同群时延的差分群时延器件的光学器件得出的。图7-A和 图7-B显示的也是二阶PMD关于微分群延迟的一个函数，分别是基于连续可调偏振旋转器和 具有二个分立偏振态的偏振旋转器的器件得出的，该器件中的DGD单元具有不同的群时延。图8显示的是基于图5所示器件基础上的一个偏振态最优化的PMD仿真的例子。图9A显示的装置用来进行系的PMD容限测试，即一个光纤通信通道中PMD的容 限。图9B和9C显示的是关于图9A器件的误码率(BER)分别与微分群延迟与PMD的关系。图10显示的是一个使用图1-5和图2所示器件用来估计和判定PMD的波分复用 (WDM)装置。图IlA和IlB显示的是本实用新型的两个光学波分复用通信装置，这两个装置基 于图1-5所示的器件，可以利用反馈回路提供PMD补偿。图12和13显示的是本实用新型的两个典型的带有PMD检测和补偿的光通信装置。
具体实施方式
本实用新型公开的是光学PMD补偿和PMD模拟器件，这些器件使用具有分立偏振 态偏振旋转器，如双态偏振旋转器，三态偏振旋转器，双态和三态的偏振旋转器组合；本实 用新型还描述了一种使用带有分立偏振态和至少一个连续可调偏振态旋转器的PMD补偿 和模拟器件。带有分立偏振态的偏振旋转器可以在其控制信号的作用下使光产生两种或者 更多种不同分立的偏振旋转态。例如，一个三态偏振旋转器，可以在不同控制信号作用下使 光产生三种不同的偏振旋转态。所描述的PMD补偿和仿真器件中所使用的偏振旋转器(如 2态、三态偏振旋转器)都是结合不同的差分群时延标准下的多段双折射产生的一阶、二阶 和高阶PMD使用的。因此，可有效利用上述的PMD补偿和仿真器进行PMD的补偿和仿真。图1显示的器件100是本实用新型的一种基于三态偏振旋转器的PMD补偿和仿真 的光学器件，器件100包括多个不同DGD单元110和可调光偏振旋转器120两部分。每个DGD单元110由双折射材料构造，当光通过该材料时会产生双折射，这样使光通过差分群时 延部件会产生连个正交的偏振态。各个DGD (差分群时延)部分沿着光线传播的方向依次 排开。可调光偏振旋转器120分别的放在每两个DGD单元的缝隙中，前一个DGD单元出射 的光将经过可调光偏振旋转器的调制进入后一个DGD单元。每个可调光偏振旋转器由一个 控制信号控制从而产生三种不同的偏振态(即三态偏振旋转器)。一个控制单元130将控 制偏振旋转器这3个不同偏振旋转态以及光通过D⑶单元110和可调光偏振旋转器后一阶 和更高阶PMD的产生。该装置可用来减少波分复用系统中光信号的PMD，因此可以作为一个 PMD补偿器件，该装置还可以用于产生PMD的各种仿真效果。不同长度的D⑶单元110会产生不同的差分群时延，如图1所示，由同种双折射材 料做成的DGD单元110沿着光线传播方向从左到右长度递减，同样该长度也可以从左到右 递增。在一些实现方法中，D⑶单元110的长度可以按照参数2或2m的比例递增或递减，其 中m是一个整数。通过配置这些D⑶单元可以产生固定的D⑶数值。另外，D⑶单元110也可以通过一个控制信号的作用下产生可变的差分群时延。例 如，对于电光材料，可以通过改变控制电压，使D⑶单元110产生可变的差分群时延参数。其 他技术也可以用来产生可控制DGD单元110。例如，可以将光纤挤压器耦合进保偏光纤中 对光纤进行挤压，该光纤即可作为可调DGD单元110 ；另外也可以通过光线传播不同长度时 的级联多段双折射，并用可调光旋转器耦合毗邻的双折射单元来形成DGD单元110。由于 光在传播时其偏振态会由于旋转器的作用而改变，则光在传播时其差分群时延参数也会改 变。在一些实现方法中，上述的可调光偏振旋转器也可以被偏振开关所取代，该开关将控制 接受到的光的偏振态在两种状态间变换，第一种状态为光通过双折射单元后快慢轴方向不 变，第二种状态为光通过双折射单元后快慢轴方向互换。当 偏振态开关调到第一种状态时， 两个像相毗邻的双折射单元的差分群时延增加，调到第二种状态时，该时延会减少。在一些 实现方法中，可调光偏振旋转器和偏振开关可以一起使用来连接相邻双折射单元以形成可 变的DGD单元110。这些典型的DGD单元110实现方法在美国专利N05978125、和N07227686 中有详细描述(专利权人均为姚晓天)，同时也作为本发明的参考一并公开。可调的D⑶单元110和可调光偏振旋转器120可以结合起来使通过D⑶单元进行 PMD补偿和仿真具有更好的效果和灵活性。当DGD单元110可调时，控制单元130可以用来 对D⑶单元110和可调光偏振旋转器120都进行控制。图2显示的是本实用新型的一种典型的3态可调光偏振旋转器120 (如图1)的实 现。该方法中的每个可调光偏振旋转器包括两个沿着光路摆放的双态偏振旋转器210、220。 每个双态旋转器210或220可以将光的偏振态从第一个旋转角度旋转到第二个反向的旋转 角度相同的旋转态。上述两个旋转器放在一起使用可以产生三种不同的偏振旋转态。控制 单元130可以用来控制这两个双态偏振旋转器210和220，这样总的偏振旋转角度是第一 次旋转角度的两倍。这是三态可调光偏振旋转器120可以达到的第一个偏振态。控制单元 还可以使第一个双态旋转器210产生一个一定角度的偏振旋转，而第二个旋转器则产生一 个反向相同角度的旋转，这样总得旋转角度即为这两个旋转的综合，由于这两次旋转大小 相同方向相反，所以综合为0。这是三态可调光偏振旋转器120可以达到的第二个偏振态。 如果两个双态旋转器210和220都沿反向偏转一定的角度，则偏振的总角度则是上述第二 个偏振器偏转角度的两倍，这是三态可调光偏振旋转器120的第三个偏振态。态偏振旋转器210和220可以用磁光旋转器以避免机械移 动部分带来的影响。这些利用磁光或其它方法的不需要移动器件的旋转器可以提高器件的 性能。例如，双态磁光旋转器可以具有以下的特点(1)当一个正的大于饱和电压的电压加 到磁光旋转器上时，旋转器可以使SOP旋转+22. 5° ； (2)当负的大于饱和电压的电压加到 旋转器上时，则SOP旋转-22. 5°。其他的偏振旋转器，如液晶偏振旋转器和固态双折射晶 体旋转器在合适的信号的控制下也可以达到上述的效果。举一个特例，假设双态旋转器第一次旋转角度为+22. 5°，第二次旋转角度 为-22.5°，则总得偏振旋转会有如下三种可能(1)总旋转角度为+45°两个双态旋转 器旋转角都为+22.5° ；(2)总偏振角度为0°，第一个旋转器旋转角为+22. 5°，第二个 为-22. 5° ；(3)总偏转角度为-45°，两个旋转器旋转角都为-22. 5°。将这对旋转器夹入相 邻的DGD单元便可以形成一个简单的PMD源。当SOP旋转角度是+45°时，这两个晶体的光 轴的差分群时延会会最大；当SOP旋转角度为-45°时，则该差分群时延达到最小；当SOP 旋转角度为0+°时，则两个晶体光轴之间会有+45°的角度差，从而产生二阶PMD，因此，偏 振旋转角度为0的时候会导致PMD补偿和仿真器件产生高阶的PMD效应。PMD的值等于双折射部分材料的单元数加1或者可以表示为3N (N为旋转器对的个 数)，例如N = 6时，PMD的值为729。而D⑶的值(一阶PMD情况下)则为2N.，例如N = 6时，DGD的值为64。利用上述公式得出的PMD的值为3N，而DGD的最大值则为一半，因为 DGD 值的范围为-DGDmax/2 到 +DGDmax/2。在图2中，构成三态可调光偏振旋转器120的两个双态偏振旋转器210和220可 以选择在不同的时间被激活以使短暂损耗最小。图3显示的是本实用新型的一种基于双态偏振旋转器的用于PMD补偿和仿真的光 学器件300。器件300与器件100的构造类似，只是用一个双态偏振旋转器取代了图2所 示中的三态偏振旋转器。该器件PMD值等于双折射部分材料的单元数加1或者可以表示为 2N，这比图1所示的器件的PMD值要小，在两者D⑶单元110数目相同的情况下。图3所示 的偏振旋转器要比三态旋转器便宜，因为系统中只用到一个双态旋转器。图4显示的是本实用新型的一种基于双态和三态偏振旋转器混合以及具有不同 群时延的双折射材料构造的PMD补偿和仿真的光学器件。双态偏振旋转器210和三态可调 光偏振旋转器120的数量以及相对位置可以根据特殊的需求和应用而定。上述基于具有分立偏振态的旋转器以及DGD单元110的PMD补偿和仿真器件对实 现各种特定的PMD值提供了条件。在某些应用中，除了特定的PMD值，它可能也需要从一个 特定PMD值到另一个特定PMD值之间可以连续可调。使用一个或多个连续可调偏振旋转器 取代只带有分立态的旋转器可以提供PMD值的连续变化，与那些使用具有分立态的偏振旋 转器相比，增加了 PMD值的数量。这样的一个使用一个或者多个连续可调偏振旋转器的设备也可包含一些DGD单 元，从而可以对光通过D⑶单元后双折射以及差分群延的变化进行探究，这些位于相邻D⑶ 单元之间的连续可调偏振旋转器会对从前一个DGD单元出射光的偏振方向进行旋转。具有 分立偏振旋转态的旋转器包含于连续可调偏振旋转器中。每个分立态的偏振旋转器在控制 信号的作用下可以产生2个或者更多的偏振旋转态。而可调偏振旋转器在控制信号(如电压)作用下其偏振旋转会在一个范围内连续变化。一种控制模式将分别单独控制每个分立 态的偏振旋转器以产生具有不同偏振旋转态的偏振旋转器。该控制模式也可用于连续可调 偏振旋转器的控制中。图5显示的本实用新型的一种典型PMD补偿和仿真光学器件500，包括一个连续可 调偏振旋转器510、特定分立态的可调光偏振旋转器120或210、不同差分群时延的DGD单 元。在该器件中，连续可调偏振旋转器510放在器件开始部分第一个和第二个DGD单元之 间，而器件120或210则放在连续可调旋转器后面。在其他的装置中，连续可调偏振旋转器 也可放在器件的其他位置。上述各器件中还可包括一个接收输入光并控制输入光的偏振态的输入偏振态控 制器，放置在所述一组差分群延迟单元和可调光偏振旋转器的前面；一个用以探测经差分 群延迟单元和可调光偏振旋转器的输出光的光探测器，分别连接在每个可调光偏振旋转器 的输出端；一个用以测量光探测器输出的误码率的误码监测器，连接在光探测器的输出端； 一个用以减少输出光的误码率的反馈控制器，连接在光探测器的输入端。或者上述各器件中还可包括一个接收输入光并控制输入光的偏振态的输入偏振 控制器，放置在所述一组差分群延迟单元和可调光偏振旋转器的前面；一个用以探测经差 分群延迟单元和可调光偏振旋转器的输出光的光探测器，分别与每个可调光偏振旋转器的 输出端相连；一个提取出射频频谱最大值或最小值的反馈控制器，连接在光探测器的输出 端。图1-5介绍了一些关于PMD的一些研究。图1_5所介绍的器件产生的PMD有些与 光波波长有关，而有些与光波波长没有关系。由图1-5所示器件产生的波长依赖的PMD值 或状态会使PMD补偿和仿真复杂，从而使其在波分复用以及其他有不同波长光波的系统中 应用变得困难。因此，需要器件在不依赖光波波长的情况下可以对PMD进行补偿和仿真。图6显示的是由利用图1所示的三态偏振旋转器产生的二阶PMD(SOPMD)与D⑶ 之间的关系。二阶PMD值分布在该图的各个区域中。该器件产生的二阶PMD值相对于DGD 值缺少连续的变化，还可以发现该器件产生的二阶PMD值只有少数不依赖于光波波长值。值得注意的是，如果图5所示的器件，只在输入端用连续可调的偏振旋转器，在其 他部分均使用双态旋转器，则可以实现该期间产生的所有PMD值都与光源波长无关。图 7A和7B显示的是该器件SOPMD( 二阶PMD)与D⑶之间的关系。图7A显示的是D⑶值在 O-IOOps变化时SOPMD的变化。与图6的PMD-D⑶图比较，只在输入端用连续可调的偏振旋 转器在其他部分均使用双态旋转器的器件可以提供准连续的PMD数值。通过一系列给定的双态偏振旋转器和固定值的D⑶单元以及连续调节连续可调 偏振旋转器可以得到如7B所示的PMD-D⑶曲线。这个PMD-D⑶图在一些区域是连续的，因 此这种准连续的PMD曲线使得图5所示的器件在PMD补偿和仿真中具有优势。图1-5所示的器件可以在不同的光学设备或系统中实现以达到需要的PMD补偿和 仿真效果，具体的例子可以参考图1所示的器件100，图2-5的所示的器件也可以实现所需 要的功能。图8所示的是根据图1-5所示器件100优化的PMD仿真器件800。在器件800的光 路中，是在如图1或者图2-5所示的器件100的DGD单元前面使用了偏振控制器(PC)810， 用来接受输入的光束801并控制该输入光束的偏振态，并产生输出光束为802。一个输入起偏器820放置在光路中D⑶单元和可调旋偏器之前和偏振控制器(PC)SlO之后，用来测量 接收自偏振控制器810的输入光的偏振。另外，一个输出检偏器830放置在DGD和可调旋 偏器后面用来测量来自DGD和可调旋偏器的输出光的偏振态。控制模块840通过中央处理 器和电路接口根据输入偏振和输出偏振测量至少控制下面之一 (1)输入偏振控制器；(2) 可调光旋偏器。用图8所示的器件800进行一个通信系统的PMD上限的实验时，要求输入的SOP 要与PMD源的最大PMD效应保持一致。图8所示的器件可以用来实现当PMD得到不同值时 偏振态的自动优化。具体来说图8所示的器件可以通过用电脑或者微处理器控制的三态旋 转器来产生不同的PMD值。所有的器件100可能产生的PMD值可以列入一个表中。使用者 可以从表中选择不同的PMD值，另一方面，也可以通过图8所示的器件得到一阶和二阶PMD 的统计分布通过编写相应的程序，使用相应的函数，例如Maxwellian分布。PMD值可以通 过表格中特点分布的统计来得到。在另一个应用中，图8所示的器件可用于DGD为-45度时偏振态的优化。该器件 在输入端有一个偏振控制器(PC)和偏振检测器。偏振检测器可以是一个起偏器或者一个 偏振分束器，其方向与PMD发生器中的双折射材料光轴方向相一致。处理器接收到检测器 的信息并根据所得到的信号控制PC。例如，处理器可以通过程序控制指示PC与双折射材料 光轴角度对齐。此外，图8所示的器件可用于PMD值最差时的偏振优化。在输出端可以放置一些 其他类型的检测器来检测偏振度(DOP)和其他光通过该器件时PMD变化的参数。处理器接 收到第二个检测器的信号后会指示偏振控制器PC根据光偏振度的数值调整SOP。处理器也 可以控制不同值PMD的产生。例如，处理器可以通过程序控制偏振控制器PC将第二个偏振 检测器检测到得DOP最小化。处理器还可以将DOP的数值与检测器1、2获得的其他参数值 进行比较以观察PMD的影响。图9A显示的是用来测试光纤通信系统中可以容忍的PMD上限的器件。图8所示 的器件800在此处用作PMD源，光源TX910用来产生和准直输入光束使其入射到仪器100 中，光接收器RX920被摆放在仪器100和输出检偏器830的下部。误码率测试仪930用来 测量920输出信号的误码率。图9A所示的器件是针对最坏的DGD或PMD影响的仪器。随 着器件100的DGD或PMD值不断上升，RX920所接受到的数据反馈到误码率测试仪930中 检测其误码率。误码率与D⑶和PMD数值的对应关系分别如图94B、94C所示。D⑶、PMD的 上限即定义为当误码率超过用户设定的阈值时所对应的DGD、PMD值。图9A所示的器件也可以用作PMD补偿器。图8所示的器件800在此处可作为探 测器920上部的一个模式接收器。器件800输入端接收一个光信号，该光信号由光源910 所发出的光耦合入光纤中产生。器件800的处理器接收到偏振探测器830探测到得D0P、 PMD信息，指示PC810调整输入S0P，这样通过探测器830探测到的光信号的DOP值可以达 到最大。当DOP对应PMD值达到最大时，认为PMD可以被补偿。为了达到最优的PMD补偿， 当PC810调整SOP输入时，PMD值也会改变。最优的PMD补偿与最优的PMD设置以及DOP能 否取到最大值有关。图10显示的是使用PMD补偿器800的一个WDM系统，器件800基于图1所示或图 2-5所示用于链路PMD测量和补偿器件。该系统中，多个光发射机TXslOlO产生不同波长的WDM光信号。波分复用器MUX 1020连接WDM光信号至光纤链路1040中，在接收端接收 到输出信号。在接收端，WDM解复用器(DeMux) 1030将接收到的不同波长的WDM信号分成 沿着不同路径传播的各自的WDM信号。在各个光路中，器件800提供各个WDM信号的色散 补偿，信号在下游会被检测以做其他处理。在器件800的PMD补偿模式中，如图8，当PMD补偿最优时，相应的一阶、二阶PMD 值可以认为与光纤链路1040接近。具体说，处理器改变PMD值当PC810调整SOP值使DOP 值最大时。一阶、二阶PMD的值与PMD源产生的最大DOP值有关，且其值被认为与光纤连 接器1040的PMD值近似。图IlA和IlB显示的是两个提供PMD补偿的WDM系统，PMD补偿器件1101主要基 于图1、图2-5所示的器件完成。如图IlA所示，PC810放置在器件100的上游用来控制接 受到光信号的偏振态，偏振态监测器耦合到器件1的输出中探测连接和PMD源的PMD信息。 PMD效应影响的参数，如D0P，反馈到微处理器电路840中。电路840控制偏振控制器PC810 调整输入到器件100的光的SOP值使参数达到最大或最小。如果DOP作为参数，当PMD恰 当补偿时，其值会达到最大。接收器RXlllO用来接受探测偏振监测器830的输出信号。图IlB所示的PMD补偿器利用误码率作为反馈信息。在该器件中，PMD补偿器1102 包括PC810、器件100、接收器RXlllO以及基于电路840和接受器RXlllO的反馈信号的处 理器。接收器RXlllO中的探测器将光信号转化为电信号。该信号与探测器电路接收到的 误码率(BER)有关。BER信息经过微处理器电路840处理，PC310调整SOP值使BER最小。 当BER最小时，PMD得到了有效地补偿。图IlB中，PMD补偿通过接收到的WDM信号携带的射频信息作为补偿实现。在这个 结构中，光发射机RXsIOIO将RF信号加到WDM信号上。接收器RX1010内的探测器将光信号 转化为电信号，且对信号在特定频率下的光谱进行分析。在这些频率上的RF信息随PMD源 和光纤连接器共同造成的PMD影响发生变化。测得的RF信息反馈到微处理器中，电路840 指示PC810调整输入SOP使RF信号达到最大或最小值。上述技术可以通过使用上述的偏振旋转器件用来构造偏振最优PMD源，使用不同 的组合方法以及实现方法。例如，高精度和高重复性PMD可以通过高重复性的三态旋转器 得至I」。这样一种器件可以产生总共729个PMD状态，其中包括64种不依赖D⑶、192种不依 赖光源波长的二阶PMD (SOPMD)，其余的都为依赖波长的PMD。可以选择任意状态的PMD，高 重复性、自定义时间间隔等等。这种仪器可以在Ims或更少的时间产生你所需要的PMD。这 样可以加速PMD限制的实验以及当PMD突然变化时，PMD补偿器的反应时间。另一方面，该 仪器还可以自动最优化输入光的偏振态，当进行最坏条件下的一阶、2阶PMD限制测试时。 偏振最优化可以减少测试时的不确定条件，并且减少测试时间。这些特点对于PMD上限测 试实验是很有帮助的。该器件还可用于任意优化过的PMD值和用选取的PMD值的PMD补偿。 补偿通过将输出端探测到得DOP值最大化完成。PMD和DOP值都会显示在IXD屏幕上。通 过在DOP最大时调整PMD的值，用户可直观的看出PMD值对PMD补偿的影响。在选择最优 化PMD模式时，设备会经历所有PMD状态并寻找最大的DOP值。DOP值最大的PMD状态将被 选为最优状态用于PMD补偿。参照图10、11A、11B，这样一个器件可用于测量光纤连接器的PMD值，因为最优化 下的PMD值与此时光纤连接器的PMD相近。因此，为了测光纤连接器的PMD值，可以用最优化过的PMD源来实现。IXD上显示的最优化的PMD即为该连接器的PMD值。在一个特定 ROADM网络传输的PMD状态，在这种情况下，发射端需要使用激光光源，接受端使用偏振优 化PMD源来进行PMD补偿。最优化过后的PMD值即为光纤传输的PMD值。基于PMD的信 息，它可以决定是否该传播路线可以进行40G传输以及是否需要进行PMD补偿。在具体装 置中，可以在PMD源前放置光放大器(例如掺铒光纤放大器EDFA)以加强光信号。基于图1-5的器件也可用来测量系统的损耗情况。在一个有问题的光纤传播系统 中，往往很难确定它的问题的原因。无论是PMD的问题、色度色散的问题(CD)、信噪比(SNR) 的问题等等。通过PMD补偿可以判断问题是否是由PMD所造成的。如果PMD补偿解决了传 输的问题，那么PMD显示是问题的原因所在，如果PMD补偿没有解决问题，则其可能就不是 产生问题的原因。通过这样的判断，才能确定光纤传输是否需要进行PMD补偿。PMD源的另一个应用是进行PMD仿真，控制PMD源可以得到PMD的统计分布来模拟 光纤系统中PMD的变化。此外，偏振控制单元也可以用同样的方法实现。内部偏振控制器可以实现很多偏 振控制功能，包括专门SOP产生、扰偏、偏振态追踪等。因此，该仪器可以满足所有偏振分 析、控制的要求。偏振优化可以通过使用本实用新型中的PMD源来实现。例如，在DGD数值范围的 实验中，输入SOP可以通过作为D⑶反馈信息探测到得SOP信号得到优化。在PMD范围测 试中，输入SOP可以通过最小化探测到得DOP值来实现，该DOP值是对D⑶和SOPMD信号造 成的信号衰减信息的反馈。在PMD补偿中，输入的SOP可以通过对上述的DOP值取最大值 来实现最优化。图12、13显示的是两个装装置有上述PMD检测器和PMD补偿器的典型光通信装置。图12所示的光纤通信装置1200其光源波长可调以探测不同波长下WDM通道的 PMD值。该可调信道光源可以产生WDM通道中的任何波长线偏振光。测试光信号直接通过 WDM复用器1020、光纤传输器1040到达光纤装置1200。这样，该测试信号光的PMD可以反 映出该装置的PMD。该光源包括一个光源1212，可调光滤波器1214。装置中，光放大器1216 可用来放大经过滤波器后的传输光信号，一个光学偏振片1218可用来去确保测试光信号 的线偏振光进入WDM复用器1020。装置的接收端有光学耦合器1220，它位于WDM解复用器1030的上游，用来将1030 所接受的光信号中包含探测光信号的部分光信号1222分解出来。可调光滤波器1230用来 接受光探测器信号1222，并产生滤波后光探测信号1232。可调光滤波器1230调谐到相同 的可调谐光滤波器1214波分复用波长。滤波后的光探测信号将进入PMD设备1201中，该 设备可为图1-5中所述设备中的一种。可调滤波器1214、1230可调节到WDM通道的各个波 长来测量各个通道的PMD特性，这样WDM通道的PMD特性可以在不同的时间内测量出来。图13所示的光纤通信装置1300，在接收端有可调光滤波器，因此任意选择WMD通 道波长都可以产生对应的光探测信号。在装置接收端，光耦合器1220位于WDM解复用器上 游，将探测信号1222从WDM通道中信号1030中分离出来。可调滤波器1220用来对光探测 信号1222滤波以产生包含已选WDM通道的探测信号。调节滤波器1230，WDM通道的PMD特 性可以在不同的时间内测量。该设计中，WDM通道信号用来进行PMD测量，图12中的可调谐ASE光源信号1210被去掉。该装置设计用于图12和图13中，使用一个单一的PMD仪器1201与指定的监测号 通道连接，使用可调谐光滤波器1230来监测所有渠道的PMD，以便选择某一时间的WDM渠 道。这些设计都是基于在所有WDM渠道上共享相同的PMD仪器1201监测PMD，因此PMD仪 器1201不必从WDM DeMUX 1030连接到每一个多功能光学WDM路径下游。尽管上述内容包含了许多细节，但这些不应被解释为限制了本实用新型的保护的 范围，而是具体描述了实用新型的特殊功能，那些所描述的某些功能也可以结合成一个单 一的部分中实现。相反的，某一单一部分中描述的各种功能也可以分别在各部分或任何合 适的组合部分中实现。而且，虽然上述功能作用在某些组合部分，但在一些情况下，组合部 分中一个或更多的功能会从组合部分中删除，所述的组合可能会直接转变为再组合或再组 合的变更形式。目前只描述了少数实施例。然而，基于权利要求书中所描述和说明书所描述的内 容，可以对已描述的实施例和其他实施例进行变形，修改和改进。
权利要求1.一种偏振模仿真及色散补偿器件，其特征在于，包括以下部分一组的差分群延迟单元，每个差分群时延单元沿光的传播方向间隔排列； 一组产生不同的偏振旋转的可调光偏振旋转器，每个可调光偏振旋转器分别放置在两 个差分群延迟单元之间的空隙中，每个可调光偏振旋转器受外部控制信号的控制，产生三 种不同的偏振旋转；一个用以和可调光偏振旋转器进行通信的控制器，分别与各个可调光偏振旋转器相连。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于所述每个可调光偏振旋转器均由两个双态 的可调光偏振旋转器组成，该两个双态的可调光偏振旋转器沿光传播方向串联放置，每个 双态的可调光偏振旋转器中第二旋转角和第一旋转角方向相反。
3.如权利要求2所述的器件，其特征在于所述每个双态的光偏振旋转器由磁光偏振 旋转器组成。
4.如权利要求2所述的器件，其特征在于所述每个双态的光偏振旋转器，其第一旋转 角度为+22. 5°，第二旋转角度为-22. 5°。
5.如权利要求1所述的器件，其特征在于所述差分群延迟单元的长度相差为2倍或 an倍，其中m为整数。
6.如权利要求1所述的器件，其特征在于还包括一个接收输入光并控制输入光的偏振态的输入偏振控制器，放置在所述一组差分群延 迟单元和可调光偏振旋转器的前面；一个测量经输入偏振控制器后的输入光的偏振态的输入起偏器，放置在所述一组差分 群延迟单元和可调光偏振旋转器之前，输入偏振态控制器之后；一个测量经差分群延迟单元和可调光偏振旋转器后的光的偏振态的输出检偏器，放置 在所述一组差分群延迟单元和可调光偏振旋转器之后。
7.如权利要求1所述的器件，其特征在于还包括一个用来接收输入光并控制输入光的偏振态的、并根据所测量到的输入偏振态和输出 偏振态来控制输入偏振控制器或可调光偏振旋转器之一的接收输入光并控制输入光的偏 振态的输入偏振控制器，放置在所述一组差分群延迟单元和可调光偏振旋转器的前面；一个测量来自输入偏振控制器的光的偏振态的输入起偏器放置在差分群延迟单元及 可调光偏振旋转器与输入偏振控制器之间；一个测量经差分群延迟单元和可调光偏振旋转器后的光的偏振态的输出检偏器，放置 在所述一组差分群延迟单元和可调光偏振旋转器的后面。
8.如权利要求7所述的器件，其特征在于还包括一个用以探测经差分群延迟单元和可调光偏振旋转器的输出光的光探测器，连接在所 述一组可调光偏振旋转器的输出端；一个用以测量光探测器输出的误码率的误码监测器，连接在光探测器的输出端； 一个根据从探测器输出控制模块测量到的误码率提供的反馈信号，并根据反馈信号对 输入偏振控制器和光偏振旋转器之一或全部进行控制以减少探测器输出的误码率的反馈 控制器，连接在光探测器与输入偏振控制器或光偏振旋转器之间，或与之全部连接。
9.如权利要求1所述的器件，其特征在于还包括一个接收输入光并控制输入光的偏振态的输入偏振控制器，放置在所述一组差分群延 迟单元和可调光偏振旋转器的前面；一个用以探测经差分群延迟单元和可调光偏振旋转器的输出光的光探测器，与所述 一组可调光偏振旋转器的输出端相连；一个处理来自光探测器的探测输出，以提取由输入光束通过射频信号所携带的光谱信 息，并控制控制单元进而控制输入偏振控制器和光偏振旋转器之一或全部，产生一个最大 或最小功率的射频信号以减少输出光的误码率的反馈控制器，连接在光探测器的输出端。
10.一种光波分复用通信装置，其特征在于，包括以下部分一个从不同的信号路径和WDM波长中分离出WDM信号的WDM解复用器； 一组光接收器，各自位于不同的信号路径位置；其中，每个光接收器含有一个偏振模色散补偿器，该偏振模色散补偿器包括 一组差分群时延单元，每个差分群延迟单元沿光的传播方向间隔排列； 一组可调光偏振旋转器，每个可调光偏振旋转器放置在两个差分群延迟单元之间； 一个用以和可调光偏振旋转器进行通信的控制器，分别与各个可调光偏振旋转器相连。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，每个可调光偏振旋转器由两个双态的可 调光偏振旋转器组成，该两个双态的可调光偏振旋转器沿光传播方向放置，每个双态的可 调光偏振旋转器具有第一旋转角度和与第一旋转角度相反的第二旋转角度。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，每个双态的光偏振旋转器由磁光偏振旋转器组成。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，每个双态的光偏振旋转器的第一旋转角度为+22. 5°，第二旋转角度为-22. 5°。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，各差分群延迟单元的长度相差为2倍或 an倍，其中m为整数。
15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，每个光接收器还包括一个接收输入光并控制输入光的偏振态的输入偏振态控制器，放置在所述一组差分群 延迟单元和可调光偏振旋转器的前面；一个测量经输入偏振控制器后的输入光的偏振态的输入起偏器，放置在所述一组差分 群延迟单元和可调光偏振旋转器的前面，输入偏振控制器的后面；一个测量经差分群延迟单元和可调光偏振旋转器后的光的偏振态的输出检偏器，放置 在一组差分群延迟单元和可调光偏振旋转器的下游。
16.如权利要求10所述的装置，其特征在于，每个光接收器还包括 一个探测输出检偏器的光的光探测器，与输出检偏器的输出端相连；一个测量光探测器输出的误码率的误码率监测器，与光探测器的输出端相连； 一个根据从探测器测量到的误码率控制输入偏振控制器和可调偏振控制器之一或者 全部，以减少输出光的误码的反馈控制器，连接在光探测器和输入偏振态控制器或可调光 偏振旋转器之间，或将光探测器与输入偏振控制器和可调偏振旋转器同时连接。
17.如权利要求10所述的装置，其特征在于，每个光接收器还包括一个接收输入光以控制输入光，并根据测量到的输入和输出光偏振态至少控制输入偏振态控制器和可调光偏振旋转器之一的偏振态的输入偏振控制器，连接在一组差分群延迟 单元和可调光偏振旋转器的前面；一个测量经差分群延迟单元和可调光偏振旋转器后的光的偏振态的输出检偏器，连接 在一组差分群延迟单元和可调光偏振旋转器的后面。
18.如权利要求10所述的装置，其特征在于，每个光接收器还包括一个接收输入光并控制输入光的偏振态的输入偏振态控制器，连接在一组差分群延迟 单元和可调光偏振旋转器的前面；一个探测差分群延迟单元和可调光偏振旋转器输出的光的光探测器，分别连接在每个 可调光偏振旋转器的输出端；一个测量光探测器输出的误码率的误码率监测器，连接在光探测器的输出端； 一个向控制部分提供基于测量到的探测器输出误码率的反馈信号，并根据反馈信号至 少控制输入偏振态控制器和可调光偏振方向旋转器用之一以减少输出光的误码率的反馈 控制器，连接在光探测器的输出端。
19.一种偏振模仿真及色散补偿装置，其特征在于，包括以下几部分 一个用以接受光的输入端口；一组差分群时延单元，每个差分群延迟单元沿输入端口接受的光的传播方向间隔排列；一组用以产生两个或多个不同的偏振态方向的分立态可调光偏振旋转器，每个可调光 偏振旋转器分别放置在两个差分群延迟之间；一个用以和可调光偏振旋转器进行通信的控制器，分别与各个分立态可调光偏振旋转 器相连。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述分立态可调光偏振旋转器为可调的 双态偏振态旋转器。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述每个双态的光偏振旋转器中第一旋 转角度为+22. 5°，相反的第二旋转角度为-22. 5°。
22.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述分立态可调光偏振旋转器包括 可调的三态偏振态旋转器和可调的双态偏振态旋转器。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述每个可调的三态偏振态旋转器包括 沿光传播方向排列的两个双态偏振态旋转器，以使其合并产生三个不同的旋转角度。
专利摘要本实用新型涉及偏振模仿真及色散补偿器件及其光波分复用通信装置，属于光学偏振器件及其应用技术领域，该光学器件包括一组的差分群延迟单元，每个差分群时延单元沿光的传播方向间隔排列；一组产生不同的偏振旋转的可调光偏振旋转器，每个可调光偏振旋转器分别放置在两个差分群延迟单元之间的空隙中；一个用以和可调光偏振旋转器进行通信的控制器，分别与各个可调光偏振旋转器相连。该器件通过采用多个可调偏振旋转器，具有不同分立偏振旋转态，用于产生和分析在不同应用下一束光的偏振态。
文档编号H04B10/18GK201926824SQ20102022827
公开日2011年8月10日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者姚晓天 申请人:北京高光科技有限公司, 通用光讯光电技术(北京)有限公司