专利名称：可调色散补偿器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及光学色散补偿器，尤其涉及用于实现基于无色Mach-Zehnder干涉仪的可调色散补偿器的方法和设备。
背景技术：
光信号色散补偿器可以校正光纤中的色散，尤其对于10Gb/s或者以上的比特率有用。另外，对于色散补偿器，色散量可调是有用的，以便于系统安装。可调色散补偿器(TDC)最好还是无色的，也就是，一个设备可以同时补偿许多信道，或者可以选择来补偿系统中的任何信道。
以前提出的无色TDC包括环形谐振器[1]，虚拟成像相位阵列(VIPA)[2]，级联Mach-Zehnder干涉仪(MZI)〔3，4，5〕，温度调节校准器〔6〕，带热透镜的波导光栅路由器(WGR，waveguide gratingrouter)〔7〕，以及带可变形反射镜的体光栅(bulk gratings)〔8〕。前述括号中的数字表示列于所附参考文献列表中的公开文献。级联MZI方法尤其有应用前景，因为它表现出低的损耗，可以用标准石英波导制造，并可以比较紧凑。但是，此前的多数基于MZI的TDC在一种情况下需要8级和17个控制电压〔3〕，在另两种情况下需要6级和13个控制电压〔4，5〕。大量的级数和控制电压导致制造和工作时成本高昂、耗能高，尤其是当补偿10Gb/s信号时。因为制造精度不能保证这样长的光程长度差的相对相位，每一个设备的每一级必须单独表征。另外，大量的级数常常导致高的光学损耗和大的形状因数。另外，级数越多，越难以实现偏振独立性。
有一种此前的基于MZI的TDC只需要3级和2个控制电压，也包括功率监测和移相器以控制功率水平〔5A〕。该设备是为补偿40Gb/s信号而设计的。但是，10Gb/s的版本由于平面光路中的典型双折射二倾向于具有显著的偏振依赖性。这是因为MZI中的光程长度差对于10Gb/s来说比40Gb/s长4倍，因此，10Gb/s的版本对于双折射显著地要敏感得多。
需要一种与偏振无关的、级数和控制电压数减少的、简化的基于MZI的TDC。
发明内容
根据本发明，公开了一种实现无色的与偏振无关的基于Mach-Zehnder干涉仪的可调色散补偿器(TDC)的方法和设备，该可调色散补偿器只有三个MZI级(在反射型中只有两个)和两个响应一个控制电压的可调耦合器，这使得该补偿器紧凑、功耗低、易于制造、测试和操作。偏振无关性是使用过中间级MZI的两个光程长度的中点设置的一个半波片来交换TE和TM偏振实现的。具有25GHz自由光谱区的这样的基于MZI的TDC对于10Gb/s信号能够补偿大约±2100ps/nm。具有与用整数除系统信道间隔相等的自由光谱区使得TDC能够同时补偿许多信道，并且在波长在不同信道之间跳跃的情况下也能补偿，而不用调节TDC。例如，25GHz自由光谱区，以及20GHz和33.3GHz自由光谱区，都允许TDC补偿100GHz网络上的多个信道。
更具体地，本发明的可调彩色光信号色散补偿器的一个实施例包括第一MZI，包括用于接收输入光信号的固定50/50耦合器，第二MZI，包括与所述第一MZI共用的第一可调耦合器，以及与一个第三MZI共用的第二可调耦合器，该第二MZI还包括一个过所述第二MZI的两个光程长度的中点设置的半波片，以交换通过所述两个光程长度的光信号的TE和TM偏振，所述第三MZI包括一个用于输出色散得到调节的输出光信号的固定50/50耦合器，并且，
其中，使用单个控制信号用相等的耦合比来调节所述第一和第二共用可调耦合器，以对所述输出信号提供可调的色散补偿。
在一个反射型的实施例中，本发明的可调彩色光信号色散补偿器包括第一MZI，包括用于在第一端口接收输入光信号的一个固定50/50耦合器，以及一个与一个第二反射MZI共用的可调耦合器，所述第二MZI中的两臂之间的光程差等于第一MZI的光程差，并且，其中，所述可调耦合器响应一个控制信号，用于控制由所述补偿器向所述输入光信号添加的信号色散的量，以形成所述输出光信号。如果需要偏振无关性，则在所述第二反射MZI的反射面之前设置一个四分之一波片。
在另一个实施例中，通过将一个第一三级MZI-TDC和一个第二三级MZI-TDC用在这两个TDC之间的一个半波片级联起来，形成一个与偏振无关的级联MZI-TDC系统。
在又一个实施例中，在所述TDC之后设置一个反射器，使得所述信号通过所述TDC两次，从而形成一个双通(double pass)MZI-TDC方案。这种双通方案增加了可实现的色散的量。如果需要偏振无关性，则可以在所述TDC和反射器之间设置一个四分之一波片。
通过结合附图阅读下面的详细说明，可以更加充分地理解本发明。附图中图1图解了根据本发明的偏振无关可调色散补偿器(TDC)具有三级，包括具有半波片的中间级，以及一个TDC控制电压；图2图解了图1的TDC，其中，所述可调耦合器分别是用基于MZI的可调耦合器实现的；图3图解了使用单个控制信号C1来控制图2的两个基于MZI的可调耦合器的电路图；图4图解了根据本发明的可调色散补偿器(TDC)的反射型设计，其包括一个四分之一波片，只使用一个控制电压；图5A和图5B图解了本发明的TDC在可调耦合器的三种不同设置时的透射率(传递系数)和群延迟特性，并且图示了两个外侧MZI中与偏振相关的波长偏移效应；图6A和图6B图示了在用于说明的光传输系统中使用本发明的TDC；图7A和图7B图示了本发明的与铒放大器设置在一起的TDC；图8图示了两个TDC级联的实施例；图9图示了提供两个TDC的级联方案的反射型方案；图10图示了图1的TDC的紧凑波导布局。
在下面的说明中，不同图面中的相同附图标记代表相同的部件。另外，在附图标记中，第一个数字代表首先提高相应部件的图号(例如，101首先出现在图1中)。
具体实施例方式
见图1，其中图示了本发明的用于说明与偏振无关的可调色散补偿器(TDC)器件的说明性示意图，该补偿器只有三级，使用一个控制电压。这三级103、105和107用Mach-Zehnder干涉仪(MZI)实现。第一和第二MZI103、105共用一个可调耦合器104，第二和第三MZI105、107共用一个可调耦合器106。这两个可调耦合器104、106总是设置为相等的。第一和第三MZI具有光程差ΔL，中央MZI具有2ΔL的光程差(在加上与耦合器相比的相位偏移)。注意，在示于图1的优选实施例中，较长的光程长度分别位于第一、第二和第三MZI103、105、107的上臂、下臂和上臂中。这使得结构上可以折叠为如图10的波导布局所示的紧凑布局。或者，较长的光程长度可以位于第一、第二和第三MZI的上臂中。
本发明的与偏振无关的TDC是以一种成本低、损耗低的方法实现的，也就是，在TDC器件的中心(第二MZI105的中心)设置一个半波片110。半波片110指的是一种的薄的双折射波片，其对正交偏振(偏振)产生180度的相位偏移差。波片的双折射轴的取向与光路平面成45度。Takahashi等人首先在对称波导器件的中央的槽中使用石英制的半波片来实现低的偏振敏感性[5c]。半波片110交换TDC器件中央的TE和TM偏振信号，因此，如果器件是对称的(就如同图1那样)，则在TDC器件中的其它地方不存在TE和TM之间的偏振耦合，从而消除了偏振相关性。之后，Inoue等人开发了一种用于降低偏振相关性的聚酰亚胺(polymide)半波片，它只有15微米厚，不象石英那样易碎[5D]。对于由一系列干涉仪构成的TDC器件，一般必须在每一个干涉仪的中央插入一个半波片。Takiguchi在五级MZI型TDC中插入了五个半波片来实现较低的偏振敏感性[5E]。但是，插入这样多的波片会增加很多成本和损耗，这是不愿意看到的。
以前已经注意到，不幸的是，光程不均衡的MZI(103，105，107)的石英波导臂具有由应力导致的双折射，这导致光程不均衡的MZI中的累积相差对于横电场(TE)和横磁场(TM)偏振光波来说是不同的。例如，具有25GHz自由光谱区的用于10Gb/s信号的TDC要求光程差＞1.6cm，这使得TDC PLC与偏振高度相关，即使使用对于20pm的硅上石英(silica-on-silicon)具有现有技术中的PDW的波导也是如此〔5B〕。
这导致MZI103、105、107中的与偏振相关的波长偏移(PDW，polarization-dependent wavelength shift)。发明人认识到，如果是整个TDC器件对称，就象图1中那样，则只需要一个半波片110就能够消除偏振相关性。这样，例如，如果TE偏振光波通过MZI103和MZI105的前半部分105A，则半波片110旋转所述TE偏振光波，使其成为TM偏振光波而通过MZI105的后半部分105B和MZI107。反过来，如果TM偏振光波通过MZI103和MZI105的前半部分105A，则半波片110旋转所述TM偏振光波，使其成为TE偏振光波而通过MZI105的后半部分105B和MZI107。结果，当TE偏振光波和TM偏振光波通过MZI103、105、107时，它们之间不存在PDW差。另外，由于对称性，本发明中的波片110甚至抵消了耦合器和移相器偏振相关性，这与通常的级联MZI TDC不同。注意，外侧MZI103和107的PDW减去整数个TDC自由光谱区不能太大，不然，当插入半波片110时，外侧MZI会出现波长失配。幸运的是，性能对于这种失配很不敏感。图5A和图5B比较了完美情形501和失配情形502的模拟透射率和群延迟，其中，在25GHz自由光谱区器件中，外侧MZI103、107的失配有20pm。如502所示，在最外侧MZI之间的小的频率偏移主要导致更高的损耗。
本发明的与偏振无关的TDC示于图1中。其由用两个可调耦合器104和106耦接在一起的三个MZI103、105和107构成，所述可调耦合器的每一个是由一个小的MZI构成的，总被设置为相等的。当(耦合器104和106的)移相器不被驱动时，所述可调耦合器104和106是100/0，所述器件就象是一个大的光程均衡的干涉仪，在所有波长上具有统一的透射和平坦的群延迟。当一起驱动两个上移相器(upperphase shifter)(例如图2中的202)时，所述耦合器被向50/50调节，MZI103就象一个多路分用器，MZI106就象一个多路复用器，将光分解，从而主要是较短的波长通过中央MZI的较长光程，产生负的色散。驱动两个下移相器(例如图2中的203)的情况是相反的。当所述可调耦合器104和106恰好是50/50时，设计方案类似于文献〔9〕的固定双折射晶体色散补偿器。
下面更详细地描述图1的色散补偿TDC。端口101的输入光信号被y形耦合器102相等地分解到MZI103的两臂。在第一MZI103中，一个臂比另一个臂长ΔL，从而当光信号在第一可调耦合器104中重组时，被送到第二MZI105的两臂的每一臂的光量与波长相关。响应一个控制信号C1的第一可调耦合器104控制从耦合器104输出到第二MZI105的臂的信号中被引入的色散的符号和量。类似地，响应一个控制信号C1的第二可调耦合器106控制从第二MZI105的臂接收到并从耦合器106输出到第三MZI107的臂的信号中引入的色散的符号和量。如果需要负色散，用一个施加给可调耦合器104、106的预定控制信号C1来使得较短的波长能够占主导地通过第二MZI105的较长的臂。如果需要正色散，用一个施加给可调耦合器104、106的预定控制信号C1来使得较长的波长能够占主导地通过第二MZI105的较长的臂。然后第三MZI107执行类似于第一MZI的功能其臂上的波长在最后的y形耦合器中被重组，并被送往输出端口109。
注意，当所述TDC器件被设置为零色散时，所述两个可调耦合器104、106为100/0(也就是，所述耦合器执行简单的交叉连接功能可调耦合器的左上端口的输入在可调耦合器的右下输出端口输出，或者反之)。在这与的零色散的情况下，通过TDC的光信号经过相同的光程长度。尽管在图1中仅仅图示了臂长差，在MZI103和107中，实际的臂长是L+ΔL和L，在MZI中，实际的臂长是L+2ΔL和L。这样，从y形耦合器102的一个输出端口到y形耦合器108的输出端口109的信号路径是这样的通过MZI103的光程L+ΔL，通过MZI105的L，通过MZI107的L+ΔL，这样总光程为3L+2ΔL，另一个光程由L，L+2ΔL和L构成，总光程也是3L+2ΔL。这样，对于零色散设置，TDC器件简单地作为光程为3L+2ΔL的波导，不引入显著的色散。
在上述说明中，ΔL确定了TDC的自由光谱区(FSR，free spectralrange)。FSR等于FSR＝C0/(ΔL-ng)，其中C0为300km/s(真空光速)，ng是MZI波导的群折射率。
在一种示例性设计中，对于10Gb/s的光信号数据率，FSR大约为25GHz。这样的具有25GHz自由光谱区的基于MZI的TDC能够对10Gb/s信号补偿大约±2100ps/nm。在多波长信道系统中，具有等于系统波长信道间隔除以整数的FSR使得TDC能够同时补偿许多信道。这样，本发明的TDC是无色的，也就是，它能够同时补偿许多信号，或者可以被选择来补偿多波长信道系统中的任意信道。对于FSR的其它合适选择包括20GHz和33.3GHz，以用100GHz间隔信道波长网络补偿20Gb/s信道。
以公知的方式，MZI103、105、107可以一起实现为平面集成光路，或者可以用安装在衬底上的分离光学部件实现。
通过使用控制信号C1将耦合器104和106向50/50调节，可以将TDC的色散向正向或者负向调节。如下参照图3所述，通过选择高于或者低于零色散控制信号C1设置的控制信号C1，可以将TDC设置到正色散或者负色散水平。
注意，尽管是用公共控制信号C1控制可调耦合器104和106，仍然可以按照需要使用单独控制信号。例如，如果耦合器由于制造的非均一性具有不同的特性，则使用单独的控制信号是有好处的。
图2图解了根据本发明的图1所示的TDC，其中，用两个基于MZI的可调耦合器实现所述可调耦合器104和106。如图所示，使用带有可控移相器的小MZI实现所述可调耦合器104、106。每一个MZI包括一个50/50固定渐消耦合器(evanescent coupler)201、上移相器102、下移相器203和50/50固定渐消耦合器204。用第一电平的同一控制信号C1驱动两个MZI的两个下移相器203在一个方向推动色散，在第二电平驱动两个上移相器203在另一个方向推动色散。取决于主要MZI的取向，在可调耦合器MZI的两臂之间可能存在小的光程差。例如，在可调耦合器的两臂之间最好具有半个波长的光程差。在这种情况下，如果没有电源施加于所述可调耦合器，器件就具有零色散，这在TDC电源故障的情况下是所希望的。注意，可调耦合器104和106的MZI可以在制造后进行永久的调节，以便更精确地补偿其中的偏差。
如果移相器202、203是热光加热器，则只需要一个控制信号C1来调节到正色散和负色散的方便的电路布局如图3所示。该控制信号C1电压在电平V1和V2之间变化，其中V2大于V1。当控制信号C1在V1和V2之间的预定零色散电平Vz时，相同的电流流过上移相器和下移相器，产生零色散，从而，可调耦合器202、203执行如前所述的简单的交叉连接功能。当控制信号C1在电平V1时，没有电流流过上202，电流流过下移相器203，形成第一极性的最大色散量。当所需的色散水平在零色散水平Vz和最大第一极性色散水平V1之间的某处时，可以将控制信号C1调节到V1和Vz之间的一个电平。在V1和Vz之间的控制信号C1电平，上移相器202和下移相器203是以推拉方式(push-pull arrangement)工作的。也就是，例如，在下移相器电流下降时上移相器202的电流上升。
当控制信号C1在电平V2时，没有电流流过下移相器202，电流流过上移相器203而形成第二极性的最大色散量。当所需的色散水平在零色散水平Vz和最大第二极性色散水平V2之间的某处时，可以将控制信号C1适当地调节到Vz和V2之间的一个电平。上移相器202和下移相器203的这个推拉操作导致在最坏的情况下热光功率消耗也低，并且对于调节设置来说，功率耗散大致是恒定的〔10〕。
现在参考图4，其中图示了根据本发明的可调色散补偿器(TDC)的反射型设计，它也只使用一个控制电压。由于图1的TDC布置是对称的，如图4所示，可以使用更为简单的反射型设计来实现它，代价是需要一个环行器(circulator)。在图4的反射型设计中，MZI403执行图1中第一MZI103和第三MZI107的功能，反射MZI405执行图1中的MZI105的功能。如果需要与偏振无关的反射TDC，则可以通过添加一个位于反射面406之前的四分之一波片410而实现。因为光信号两次通过四分之一波片410，其具有与图1中的半波片110同样的效果。
下面描述反射TDC的工作过程。端口400的输入光信号通过环行器401，被y形耦合器412相等地分到MZI403的两臂。在MZI403中，一臂比另一臂长ΔL，从而当光信号在第一可调耦合器404中重组时，被送到所述反射MZI405的两臂的每一臂的光量与波长相关。所述可调耦合器404响应于控制信号C1而工作，该控制信号C1控制从所述耦合器404输出到反射MZI405的臂407、408的信号中引入的色散的符号和量，并在从耦合器404输出到MZI403的臂的信号中引入同样符号和同样量的色散。注意，所述反射MZI405具有一个反射面406用于将从两臂407和408接收到的信号反射回这些臂。(已经注意到，如果在反射TDC中需要偏振无关性，可以添加一个位于反射面406之前的四分之一波片)。由于信号两次通过四分之一波片420，该波片对信号起到与图1的半波片相同的效果。这样，由于来自臂407、408的信号既从左到右传播又从右到左传播，臂407的长度只需要比臂408长ΔL。然后反射信号在从右到左的方向通过MZI403(与图1中MZI107的作用类似)，由y形耦合器402(与图1中的y形耦合器108的作用类似)组合起来。从y形耦合器402输出的信号然后通过环行器401到达输出端口409。图4的反射TDC使用控制信号C1能够一与图1的TDC相同的方式控制从输出端口409输出的信号中被引入的色散的符号和量。
注意，可以用不同于图2所示的其它方法实现可调的耦合器。例如，可以不使用两个50/50渐消型耦合器201和204，而可以使用两个50/50多段渐消型耦合器。多段渐消型耦合器在波长、偏振和制造方式变化时可以有更为精确50/50分割比。另一种可能性是使用多模干涉耦合器。
类似地，耦合器102和108可以是除了y形耦合器之外的其它50/50耦合器。例如，它们可以是多模干涉耦合器。
图5A图示了模拟的传递系数(透射率)，图5B图示了模拟的群延迟特性。它们是用本发明的TDC在图1和图4的可调耦合器的三种不同设置(0，+π/2，-π/2)下获得的。在图5A和图5B中，在调节范围的极限和中央，自由光谱区是25GHz。波长是1550nm。图中标记的相位表示图2的可调耦合器中MZI臂之间的相位差。损耗理论上是零，随着色散被调离零值，在信道中央损耗不增加。在最大色散处，透射率波动为1.25dB(峰到峰)，色散达到±2500ps/nm。带宽不是很宽，但是发射器频率误差必须小于大约±2.5GHz(±20pm)。这对于波长锁定发射器是可以实现的。实践中，对于这种情况系的20Gb/s信号，当FSR为25GHz时，色散被限制到大约±2100ps/nm。
所述TDC具有相对较窄的带宽。如果在系统中使用波长锁定发射激光器，这个带宽通常足够了。但是，在某些系统中，对于TDC带宽来说，激光器波长的不确定性可能太大了。在这种情况下，通过调节两个最外MZI中的移相器，可以将TDC锁定到激光器波长。例如，通过一致地增加对两个最外MZI的两个较长臂中的移相器的驱动，可以将TDC调节到更长的波长。通过在特定的频率一致地抖动最外MZI的这些移相器，并使用抽头和光电检测器测量TDC的输出功率，应用标准峰值检测反馈控制可以得到用于锁定的反馈。
图6A和图6B图示了在作为示例的光传输系统中使用本发明的TDC。图6A图示了一个传输前色散补偿系统，其中，第一位置600包括一个光发射器单元601、一个用于进行传输前色散补偿的TDC602、一个光放大器603，以及，如果需要的话，一个波长多路复用器604。输出信号通过光学设施610被送到第二位置，该第二位置620包括一个波长多路分用器(如果需要的话)、一个放大器623和一个光接收器单元622。由于图示的光传输系统是双向的，第一位置也包括多路分用器621(如果需要的话)、放大器623和光接收器单元622，它们通过光学设施630连接到第二位置620，后者包括光发射器单元601、用于进行传输前色散补偿的TDC602、光放大器603以及多路复用器604(如果需要的话)。注意，光发射器单元601和光接收器单元622通常被封装在一起，作为收发器单元640。
图6B图示了一个传输后色散补偿系统，其中，其中，第一位置600包括一个光发射器单元601、一个光放大器603，以及，如果需要的话，一个波长多路复用器604。输出信号通过光学设施610被送到第二位置，该第二位置620包括一个波长多路分用器621(如果需要的话)、一个放大器623、一个用于进行传输后色散补偿的TDC602和一个滤光器605(例如放大自发发射(ASE)滤光器)，以及光接收器单元622。由于图示的光传输系统是双向的，第一位置也包括多路分用器621(如果需要的话)、放大器623、TDC602、滤光器605和光接收器单元622，它们通过光学设施630连接到第二位置620，后者包括光发射器单元601、光放大器603以及多路复用器604(如果需要的话)。TDC602和ASE滤光器605的顺序可以倒过来而不影响系统性能。
注意，对于标准单模光纤(SSMF)光学设施610的长度小于大约80km的系统，一般不需要色散补偿。对于范围在约80-135km的SSMF光学设施610，最好用图6A所示的传输前色散补偿系统。对于范围在约135-160km的SSMF光学设施610，最好用图6B所示的传输后色散补偿系统。
在图6A和图6B的系统布置中，应当注意，TDC602可以与一个或者多个光学部件，比如光发射器601、光放大器603、滤光器605、波长多路复用器604、波长多路分用器和光接收器622，集成在一起。例如，所述TDC可以与激光器和光调制器一起单片集成在InGaAsP中，形成具有内置色散预补偿的光发射器。
图7A图示了本发明的TDC与铒放大器布置在一起的示例性设计。在该方案中，TDC是按偏振分集方案布置的，以使TDC功能与偏振无关(即使TDC器件本身与偏振相关)，其中，偏振保持光纤(PMF)702和703被接合到在文献〔11〕中描述的类型的环行器/偏振分离器(circulator/polarization splitter，CPS)701。在工作时，环行器接收到的输入光信号700在偏振分离器中被分解，并通过PMF702耦合到TDC700。来自TDC700的经过色散补偿的光信号通过PMF703被耦合到偏振分离器，并通过环行器到达铒放大器710。所述环行器/偏振分离器(CPS)701消除了对铒放大器710中输入信号隔离器711的需要。这样，铒放大器710只需要包括铒光纤输出隔离器713和前向泵浦及耦合器(forward pump and coupler)714或者后向泵浦及耦合器(back pump and coupler)714。应当注意，由于图1中的TDC只有三级，可以较为容易地依靠其自身使其与偏振无关，从而不需要上述使用PMF702和703以及环行器/偏振分离器(CPS)701的偏振分集方案。
图7B图示了图4的与偏振无关的反射型TDC751与铒放大器710设置在一起。一个环行器750用来将输入光信号700耦合到TDC751，并将经过色散补偿的光信号耦合到铒放大器710。
图8图示了用单个控制信号驱动的两个级联的TDC810和820。该级联TDC象只有单个控制信号而具有较大色散调节范围的单个TDC那样工作。这两个TDC可以被集成到同一个PLC上或者集成到独立的PLC上。如果它们在单个PLC上，则可以在这两个TDC之间可选地设置一个半波片，以降低偏振相关性。如果它们在独立的PLC，则可以在这两个TDC之间可选地设置一段偏振保持光纤(polarization-maintaining fiber)，使其慢轴的取向平行于一个PLC，而其快轴的取向平行于另一个PLC，以降低偏振相关性。
图9图示了提供如图8所示的两个TDC的级联方案的反射型方案。所述环行器901以与图4中的环行器401相同的方式工作。所述TDC902以与图1中描述的TDC单元相同的方式工作。反射面903以与图4中的反射面406相同的方式工作。由于信号两次通过TDC902，图9中的反射型方案以与图8中的两个级联TDC相同的方式工作。另外，如果需要，可以在PLC和反射器之间设置一个四分之一波片，以降低总体偏振相关性。
参见图1，其中描述了制造出来用于测试的举例的原型TDC的初始设置。该TDC用一个热电冷却器进行温度控制。由于MZI103、105和107中的光程差很大，在制造之后每一个MZI级中的相对相位是随机的。这样，用超热(hyper heating)对MZI臂进行永久修整〔12〕。过程如下在不施加电源的情况下，将可调耦合器104、106设置为100/0(也就是，耦合器就象图1中的波导交叉(waveguide crossing))，透射率谱是平坦的。然后将左耦合器104调节到0/100，使得透射率谱具有完全的正弦波形状。图中标出了谷的位置。然后将左耦合器104恢复到0/100，将右耦合器106调节到0/100。当两种情况下的波在波长方面对准时两个最外MZI103、107中的光程差就是正确的。如果不是，则将外侧MZI的臂中的一个过热(超热，hyperheated)，以使透射率最大化。在修整之后，TDC设备包括CPS的光纤到光纤损耗为4.0dB。
尽管上述说明集中于使用TDC来补充10Gb/s信号，但是通过选择合适的ΔL，其也可以用来补偿其它比特率，比如40Gb/s。
对于本领域普通技术人员来说，本发明的各种修改是显而易见的。从本说明书的具体教导衍生出来的东西在本质上都依赖于本发明的原理和等效方案，它们都应被视为在本发明的由权利要求限定的范围之内。
参考文献[1]C.K.Madsen，G.Lenz，A.J.Bruce，M.A.Cappuzzo，L.T.Gomez，and R.E.Scotti，“Integrated all-pass filters for tunable dispersion and dispersion slopecompensation，”IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.11，pp.1623-1625，Dec.1999. M.Shirasaki，“Chromatic dispersion compensator using virtually imaged phasedarray，”IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.9，pp.1598-1600，Dec.1997. Koichi Takiguchi，Kaname Jinguji，Katsunari Okamoto，and Yasuji Ohmori，“Variable group-delay dispersion equalizer using lattice-form programmable opticalfilter on planar lightwave circuit，”IEEE J.Sel.Topics in Quant.Electron.，vol.2.，pp.270-276，1996. M.Bohn，F.Horst，B.J.Offrein，G.L.Bona，E.Meissner，and W.Rosenkranz，“Tunable dispersion compensation in a 40 Gb/s system using a compact FIR latticefilter in SiON technology，”European Conference on Optical Communication，paper4.2.3，2002. S.Suzuki，T.Takiguchi，and T.Shibata，“Low-loss integrated-optic dynamicchromatic dispersion compensators using lattice-form planar lightwave circuits，”inOptical Fiber Communication Conf.Digest，pp.176-177，2003. J.Gehler，R.Wessel，F.Buchali，G.Thielecke，A.Heid，H.Blow，“DynamicAdaption of a PLC Residual Chromatic Dispersion Compensator at 40 Gb/s”in OFC2003，Vol.2，pp.750-751. R.Kasahara，M.Itoh，Y.Hida，T.Saida，Y.Inoue，and Y.Hibino，“Birefringencecompensated silica-based waveguide with undercladding ridge，”Electron.Lett.，vol.38，pp.1178-1179，Sept.26，2002. Hiroshi Takahashi，Yoshinori Hibino，and Isao Nishi，“Polarization-insensitivearrayed-waveguide grating wavelength multiplexer on silicon，”Opt.Lett.，vol.17，pp.499-501，April 1，1992. K.Takiguchi，K.Okamoto，Y.Inoue，M.Ishii，K.Moriwaki，and S.Ando，“Planar lightwave circuit dispersion equaliser module with polarization insensitiveproperties，”Electron.Lett.，vol.31，pp.57-58，1995. K.Moriwaki，M.Abe，Y.Inoue，M.Okuno，and Y.Ohmori，“New silica-based 8×8 thermo-optic matrix switch on Si that requires no bias power，”in Optical FiberConf.Digest，pp.211-212，1995. D.J.Moss，M.Lamont，S.McLaughlin，G.Randall，P.Colbourne，S.Kiran，andC.A.Hulse，“Tunable dispersion and dispersion slope compensators for 10 Gb/susing all-pass multicavity etalons，”IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.15，pp.730-732，May 2003. C.R.Doerr，L.W.Stulz，S.Chandrasekhar，L.Buhl，and R.Pafchek，“Multichannel integrated tunable dispersion compensator employing a thermoopticlens，”Optical Fiber Communication Conference，postdeadline paper FA6-1，2002. D.Nielson，R.Ryf；D.Marom，S.Chandrasekhar，F.Pardo，V.Aksyuk，M.Simon，and D.Lopez，“Channelized dispersion compensator with flat pass bands using anarray of deformable MEMS mirrors，”OFC postdeadline paper PD29，2003. T.Ozeki，“Optical equalizers，”Opt.Lett.，vol.17，pp.375-377，March 1992，[10]C.R.Doerr，L.W.Stulz，R.Pafchek，and S.Shunk，“Compact and low-lossmanner of waveguide grating router passband flattening and demonstration in a 64-channel blocker/multiplexer，”IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.14，pp.56-58，Jan.2002. C.R.Doerr，K.W.Chang，L.W.Stulz，R.Pafchek，Q.Guo，L.Buhl，L.Gomez，M.Cappuzzo，and G.Bogert，“Arrayed waveguide dynamic gain equalization filterwith reduced insertion loss and increased dynamic range，”IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.13.，pp.329-331，Apr.2001. K.Moriwaki，M.Abe，Y.Inoue，M.Okuno，and Y.Ohmori，“New silica-based 8×8 thermo-optic matrix switch on Si that requires no bias power，”in Optical FiberConf.Digest，pp.211-212，1995.
权利要求
1.一种可调彩色光信号色散补偿器，包括三个级联的Mach-Zehnder干涉仪MZI，第一MZI包括用于接收输入光信号的固定50/50耦合器，第二MZI包括与所述第一MZI共用的第一可调耦合器，以及与一个第三MZI共用的第二可调耦合器，该第二MZI还包括一个过所述第二MZI的两个光程长度的中点设置的半波片，以交换通过所述两个光程长度的光信号的TE和TM偏振，所述第三MZI包括一个用于输出色散得到调节的输出光信号的固定50/50耦合器，并且，其中，使用单个控制信号用相等的耦合比来调节所述第一和第二共用可调耦合器，以对所述输出信号提供可调的色散补偿。
2.如权利要求1所述的光信号色散补偿器，其中，当所述两个可调耦合器被设置为100/0耦合比时，所述光信号色散补偿器具有零色散，其中，通过向50/50耦合比调节所述两个可调耦合器，能够将色散向正向或者负向调节。
3.如权利要求1所述的光信号色散补偿器，其中，用带移相器的MZI来实现所述两个可调耦合器中的每一个。
4.如权利要求1所述的光信号色散补偿器，其中，所述两个可调耦合器中的每一个的移相器使用用单个控制信号以推拉方式操作的热光加热器。
5.如权利要求1所述的光信号色散补偿器，被集成为光设备的一部分，该光设备由一个或者多个下述光学部件构成光发射器，光放大器，滤光器，波长多路复用器，波长多路分用器，以及光接收器。
6.如权利要求1所述的光信号色散补偿器，用在多波长信道系统中，该光信号色散补偿器具有等于系统信道间隔除以一个整数的自由光谱区。
7.一种反射型可调彩色光信号色散补偿器，包括第一MZI，包括用于在第一端口接收输入光信号的一个固定50/50耦合器，以及一个与一个第二反射MZI共用的可调耦合器，所述第二MZI中的两臂之间的光程差等于第一MZI的光程差，并且，其中，所述可调耦合器响应一个控制信号，用于控制由所述补偿器向所述输入光信号添加的信号色散的量，以形成所述输出光信号。
8.如权利要求7所述的反射型光信号色散补偿器，还包括在所述第二MZI的反射面之前设置一个四分之一波片。
9.一种与偏振无关的可调彩色光信号色散补偿器TDC设备，包括级联的第一TDC和第二TDC，每一个TDC包括包括用于接收输入光信号的固定50/50耦合器的第一MZI，第二MZI包括与所述第一MZI共用的第一可调耦合器，以及与一个第三MZI共用的第二可调耦合器，第三MZI包括一个用于输出色散得到调节的输出光信号的固定50/50耦合器，并且，其中，所述第一TDC和第二TDC中的第一和第二共用可调耦合器都使用单个控制信号用相等的耦合比来调节，以对所述输出信号提供可调的色散补偿。
10.如权利要求9所述的级联TDC，其中，在所述两个TDC之间设置一个半波片，以实现低的偏振相关性。
11.一种反射TDC，包括第一MZI，包括用于接收输入光信号的固定50/50耦合器，第二MZI包括与所述第一MZI共用的第一可调耦合器，以及与一个第三MZI共用的第二可调耦合器，一个第三MZI包括一个用于输出色散得到调节的输出光信号的固定50/50耦合器，连接到一个反射器，以便所述信号通过所述MZI组合两次。
12.如权利要求11所述的反射TDC，其中，在所述TDC和反射器之间设置一个四分之一波片，以实现低的偏振相关性。
全文摘要
本发明涉及可调色散补偿器。具体来说公开了一种用于实现无色的与偏振无关的基于可Mach－Zehnder干涉仪(MZI)的可调色散补偿器，其只有三个MZI级(在反射型MZI TDC中只有两个)和两个响应一个控制电压的可调耦合器，这使得其紧凑、功耗低并且易于制造、测试和操作。偏振无关性是通过将一个半波片过三级MZI TDC的中间级MZI的两个光程长度的中点设置，或者在反射型MZI TDC的反射面的前面设置四分之一波片，而获得的。通过级联两个MZITDC并用同一控制信号驱动所有可调耦合器，形成也只有单个控制信号的级联MZI TDC结构。
文档编号G02B6/12GK1598632SQ200410079749
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月16日 优先权日2003年9月17日
发明者克里斯托弗·理查德·多尔 申请人:朗迅科技公司