用于偏振模色散抑制的系统和方法

专利名称：用于偏振模色散抑制的系统和方法
技术领域：
本发明一般地涉及光学系统，并特别涉及用于偏M色散("PMD") 抑制的系统和方法。
背景技术：
在现代光网络中，信号常常被传输数百甚至数千公里以上。在^JE巨离 和超长距离的光纤上传播的光信号^it到许多不同的障碍，包括衰减、色 散和PMD。尽管通过使用放大器已经成功地解决了衰减问题并通过使用 色散补偿光纤已经成功地解决了色散问题，但PMD却难以处理得多。
PMD是当光纤内部具有不同偏振的信号由于例如光纤的随机缺陷和 不对称而以略微不同的速度传播时所发生的现象。这种效应造成信号失 真。结果，PMD使得非常难以可靠地以高比特率来传输数据。大多数网 络都是在使用低比特率并且不认为PMD是潜在问题的时候以质量差的光 纤在它们的地下设施中建立的。然而现在这些结构必须支持40Gb/s和更 高的比特率，于是PMD成为网络升级的严重障碍。
一般地，光学系统的PMD不能由单一M(例如其长度)来精确建模, 而是必须由代表沿通信线路的整个"历史"的一系列M来表征。然而在 实践中，已经开发了几种PMD测量和校正系统。例如，授予Fishman等 人的美国专利No. 5,930,414和授予Rasmussen等人的美国专利No. 6,865,305记载了这样一种电子设备其测量信号的眼图^lt— 一例如信 噪比、误码率、交叉等，这样一来就间接地确定了光学线路的PMD。
Fishman等人进一步公开通过以下校正PMD:将射束信号分离成两个主 偏振态("PSP"),使用延迟线路而使两个PSP之一经历相对延迟，然后 重新组合这两个PSP。同时，Rasmussen等人则教导了通过使用偏振保持 光纤("PMF")来校正PMD。

发明内容
本发明涉及用于偏,色散(PMD)抑制器的系统和方法，该PMD抑 制器可被用来例如便于数据跨光网络的传输。本发明的目的是提供用于测 量和校正光网络中的PMD的方法和设备。本发明的另一个目的是提供用 于降低传播通过包括长距离光纤在内的光学线路的信号的一阶PMD(差 分群延迟或"DGD")的方法和设备。本发明的示范性实施例包括具有耦 合到控制模块的PMD测量模块的PMD抑制器和/或PMD抑制装置。本 发明的优点之一是提供了高性能、低成本和紧致的PMD校正装置。而且， 本发明的某些实施例可集成到光转发器中并利用该转发器的电子基础结 构，这样一来就降低了设计和制造成本。
在本发明的一个示范性实施例中， 一种用于测量光学线路的DGD的 方法包括使用具有扰频频率的偏振扰频器，经由光学线M输具有调制 频率的光信号；测量处在光信号的时钟频率(或该时钟频率的一半)的光信 号的边带的光谱强度；以及使用边带的光镨强度来确定光学线路的DGD。 另一种用于测量光学线路的DGD的方法包括:经由光学线路传输光信号； 在第一偏振态和第二偏振态之间改变光信号的偏振的同时，测量处在时钟 频率的光信号的光谱强度的相对变化；以及使用光信号的光镨强度的相对 变化来确定光学线路的DGD。
在另一个示范性实施例中， 一种偏g色散(PMD)抑制设备包括光 检测器，其光耦合到光学线路，其中该光检测器可操作用来接收光输出信 号的一部分并将其转换成电信号；射频(RF)带通滤波器，其电耦合到光检 测器，其中该RF带通滤波器被调谐到时钟频率并可操作用来对电信号进 行滤波；以及RF检测器，其电耦合到RF带通滤波器，其中该RF检测 器可操作用来测量滤波后的电信号的强度。另一种偏,色散(PMD)抑制 设备包括光检测器，其光耦合到光学线路，其中该光检测器可操作用来 接收光输出信号的一部分并将其转换成电信号；时钟恢复单元，其电耦合 到光检测器，其中该时钟恢复单元可操作用来从电信号中提取时钟信号； 组合器，其电耦合到时钟恢复单元和光检测器，其中该组合器可^Mt用来
将时钟信号与电信号混和；低通滤波器，其电耦合到组合器，其中该低通 滤波器可操作用来从组合器接收输出信号并产生滤波后的电信号；以及射 频(RF)检测器，其电耦合到低通滤波器，其中该RF检测器可操作用来测 量滤波后的电信号的强度。
在又一个示范性实施例中， 一种偏# 色散(PMD)抑制装置包括多个 光学元件，其呈级联构造，并可操作用来通过对传播通过光学线路的光信 号的两种偏痴漠中的每一种进行操作来校正光学线路的PMD,其中所述 光学元件包括至少一个双折射晶体。另一种PMD抑制装置包括第一准 直仪，其光耦合到光学线路；偏振控制器，其光耦合到第一准直仪；第一 双折射晶体，其光耦合到偏振控制器；第一可调谐半波长(V2)板，其光耦 合到第一双折射晶体；第二双折射晶体，其光耦合到第一可调谐板；笫二 可调谐半波长(入/2)板，其光耦合到第二双折射晶体；第三双折射晶体，其 光耦合到第二可调谐板；以及第二准直仪，其光耦合到光学线路。
在还一个示范性实施例中， 一种用于校正光学线路的偏振模色散 (PMD)的方法包括将传播通过光学线路的光信号分离成具有第一主偏振 态的第 一部分和具有第二主偏振态的第二部分；将该第一和第二部分转换 成第一和第二电信号；使第二电信号延迟，以创建补偿光学线路的差分群 延迟(DGD)的延迟电信号；以及将延迟电信号与第一电信号混和，以产生 固定输出电信号。另一种偏4^色散(PMD)抑制i殳备包括偏振控制器，
其可^Mt用来将传播通过光学线路的光信号定向成两个主偏振态；偏振射 束分离器，其光耦合到偏振控制器并可操作用来将光信号分离成具有第一
主偏振态的第一部分和具有第二主偏振态的第二部分；第一光检测器，其 光耦合到偏振射束分离器并可操作用来将第一部分转换成第一电信号；第 二光检测器，其电耦合到偏振射束分离器并可操作用来将第二部分转换成 第二电信号；可调谐电子延迟装置，其光耦合到第二光检测器并可^Mt用
来补偿光学线路的差分群延迟(DGD);以;SJ且合器，其电耦合到第一光检 测器和可调谐电子延迟装置，其中该组合器可操作用来产生固定输出电信 号。
以上相当宽泛地概括了本发明的特征和技术优点，以便更好地理解随 后的发明详述。下文将说明发明的附加特征和优点，其形成了发明的权利 要求的主题。本领域内的普通技术人员应当意识到，所公开的概念和特定
M 。本领域内的任何普通技术人员还应当认识到，这种等同构造没有脱
离如所附权利要求所述的本发明的精神和范围。从结合附图考虑的以下描 述中，就组织和操作方法而言被认为是本发明特性的新颖特征，与进一步 的目的和优点一起，将会被更好地理解。然而应当特别地理解，每个附图 仅是为了示意和说明的目的而拔_供，而无意作为本发明限制的限定。


为了更完整地理解本发明，现在结合附图对以下描述进行参考，在附
图中
图1是根据本发明的一个示范性实施例的PMD测量方法的流程图2A是根据本发明的一个示范性实施例的PMD测量和抑制方法的 流程图2B 3一才艮据本发明的另一个示范性实施例的另一种PMD测量和抑 制方法的流程图3是才艮据本发明的一个示范性实施例的具有基于滤波器的测量模 块的PMD抑制器的框图4是根据本发明的一个示范性实施例的具有基于时钟恢复系统的 测量模块的PMD抑制器的框图5是根据本发明的一个示范性实施例的PMD抑制装置模型的示
图6是根据本发明的一个示范性实施例的单级、自由空间PMD抑制 系统的才匡图7是根据本发明的一个示范性实施例的以单级PMD抑制系统获得 的仿真结果的曲线图8是根据本发明的又一个示范性实施例的反射构造的PMD抑制器 的框图9是根据本发明的一个示范性实施例的电光混合型PMD抑制系统 的才匡图；以及
图10是根据本发明的另一个示范性实施例的带有光纤偏振射束分离 器的PMD抑制器的框图。
具体实施例方式
在随后的说明中，将参考成为本说明书一部分的附图，在附图中示出 了本发明可在其中实施的具体实施例。这些实施例被充分详细地说明，以 使得本领域的普通人员可实施本发明，并且要理解的是，可利用其它实施 例，并可作出结构、逻辑、光学和电气的变化而不脱离本发明的范围。因 此，随后的说明不应认为是限制性的，本发明的范围由所附权利要求书来 限定。
偏椒漠色散("PMD")是依赖偏振的传播延迟，其可以以一RH^测量 为光学线路内最快和最慢传播偏4^^间的差分群延迟("DGD")。本发 明的一些示范性实施例提供用于测量和校正PMD的有效方法。同样地， 光学线路的PMD可被测量并用于产生校正过程中的^Jt信号。在至少一 个实施例中，不必为要校正线路的PMD而确定PMD的量。
现在转向图1，根据本发明的一个示范性实施例而图示了 PMD测量 方法IOO。在步骤105中，生成以相对大的频率(例如5GHz)调制的信号， 然后使用具有已知扰频频率(例如lMHz)的偏振扰频器通过光通信线i^ 输该调制信号。当线路中没有DGD时，检测或输出信号的光谱包,制 频率处的单峰。然而，当存在DGD时，在调制频率的两侧(亦即在5GHz -lMHz和5GHz + lMHz处)出现两个附加的边带。因而，DGD的量值 以边带的大小显现。
仍然参考方法IOO，在步骤IIO中测量光信号的边带的光镨强度。在 步骤115中，边带的光镨强度可用来确定光学线路的DGD。比如，如果 Q是调制频率(例如5GHz)而co是扰频频率(例如lMHz)，则由检测器测量 的强度等于
刚=f。;in2(Grf/2),
+咖2 (orf/2)cos[帥— 其中At是线路的DGD。
另外，两个边带的光镨强度成比例于
因此，对于小的DGD，边带的强度与At的平方成比例，或者更具体 地说，
收土由4(爐/r
其中T是周期(例如在5GHz调制频率的情况下为200ps)。
根据方法100，可在时钟频率附近测量光镨分量，以避免为了测量的 目的而不得不专门提供波分复用(WDM)信道。理想的PRBSNRZ信号的
光镨具有由8^1(71///(:)/(71///(:)定义的形状。理论上，对于理想的伪随机二进
制序列(PRBS)非归零(NRZ)信号，在时钟频率A(Q-27i/。)处的光镨分量消 失。然而，对于"l"的长度周期与"O"的长度周期不同的任何实际信号， 在/e处都可发现光i普分量，且其可表达为
其中/必是信号的余项(具有谱包络^(71///(;)/(71///(:)，且在/e处没有光谱分
量)，a和(p是载波频率处的振幅和相位。因此，方法100可以优选地在时 钟频率处或其附近使用，此处PRBS信号的光镨能量相对低。
如前面所注意到的，方法100需要使专用的波长具有给定的调制频 率，这意味着这种专用的波长不能用;^载信息。为了避免使用专用的波 长，可以使用在九(或/e/2)处出现的寄生峰，即使该波长承载信息。典型地， 在/c区域有较少的环境噪声，这样一来就导致更精确的测量。另外，对于 小的DGD值，由于信号的强度与sin(QA/)的平方成比例，所以时钟频率 是优选的。然而在别的情况下，还测量/e/2分量可能^l有用的。例如，在 以40GB/s工作的网络中，对于大约25ps的DGD值，/ /2分量消失。这 样一来，由于在这种情况下仅当DGD为50ps时sin(QAf)消失，所以还测 量半频率/c/2可能是有用的。
现在转向图2A,根据本发明的一个示范性实施例而示出了一种PMD 测量和抑制方法200A。在步骤205A中，经由光学线#输光信号。在 步骤210A中，测量在时钟频率(或时钟频率的一半)处或其附近的光信号 的光镨强度。然后，在步骤215A中，通过控制光学线路的至少一个光学 部件，以便增加或最大化时钟频率(或/e/2)附近的光信号的光镨强度，来 降低光学线路的DGD。应当注意，根据本示范性实施例，不需要用于测 量线路的DGD的步骤。
参考图2B,根据本发明的另一个示范性实施例而示出了另一种PMD
测量和抑制方法200B。在这个可替选的实施例中，在步骤205B中，经由
光学线路传输光信号。然后，在步骤210B中，在笫一和第二偏振态之间
改变光信号的偏振的同时，测量光信号的光谱强度的相对变化。在步骤
215B中，可使用光信号的光语强度的相对变化来确定光学线路的DGD。
在步骤220B中，通过控制光学线路的光学部件，以便减少在光信号的偏 振于第一和第二状态之间改变时的时钟频率附近的光信号的光镨强度的
相对变化，来降低光学线路的DGD。
仍然参考方法200，当信号以一阶PMD(亦即给定的DGD A,)穿过介 质时，其被分离成以下式表示的两个相对延迟的信号
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中b是系数。该信号的光镨可描述为
<formula>formula see original document page 13</formula>
因而，光i普强度为
<formula>formula see original document page 13</formula>
并且，在时钟频率附近，例如<formula>formula see original document page 13</formula>
其中a是常数而《jc)是狄拉克S(Dirac delta)函数。因此，当偏振定向在 主偏振态之一(即b-士l)时，时钟频率处的光镨具有最大值<formula>formula see original document page 13</formula>同时，当^±1时此分量取得其对于AtO(即对于零DGD)的最大值。光谱 分量(在/e或/^/2处)的最大值对应于高品质信号一一即，没有由DGD造成 的失真。
时钟频率的相对变化可表达为<formula>formula see original document page 14</formula>
其中7k/J是位的周期。因此，通过监视ri，可估计DGDA^因而，系统 校准的标准可以是n消失或被降低，或换句话说是/U27i/e)被最大化。尽 管此技术对测量相对较小的A^值非常敏感，但其当A^T时没有作用。这
样一来，本发明的某些实施例就测量两个光谱分量/c:和/e/2。另外，如本
领域的普通技术人员容易从^^开所认识的，本方法的优点之一是不必知 道a的绝对值，因为只有相对值才有关系。
现在参考图3,根据本发明的一个示范性实施例而示出了具有基于滤 波器的测量模块310的PMD抑制器300。 PMD抑制器300可被用来例如 实施上述PMD测量和/或校准方法中的一个。在操作时，光输入信号301 穿过PMD抑制装置305，其产生光输出信号302。 PMD测量模块310的 光检测器311光耦合到PMD抑制装置305的光输出线路，并且其可接收 光输出信号302的一部分，从而将其转换成电信号。在可替选的实施例中， 已经存在于转发器内的光检测器的电输出被耦合到PMD模块310,从而 消除了对附加检测器的需要。射频(RF)带通滤波器312电耦合到光检测器 311并可操作用来对从光检测器311接收到的电信号进行滤波。在一个示 范性实施例中，将RF带通滤波器312调谐至光学系统的时钟频率。
RF检测器313电耦合到RF带通滤波器312并可操作用来测量从RF 带通滤波器312接收到的滤波后的电信号的强度。控制模块320电耦合到 PMD测量模块310的RF检测器313，并且PMD抑制装置305电耦合到 控制模块320。因而，控制模块320可对从RF检测器313接收到的强度 测量值进行处理，并可使用例如图1和2的方法100和/或200来控制PMD 抑制装置305的至少一个光学部件，以在光学线路中校正或降低PMD。
图4示出了根据本发明的一个示范性实施例的具有基于时钟恢复系 统的测量模块410的PMD抑制器400。 PMD抑制器400也可被用来实施 上述PMD测量和/或校准方法中的一个。在操作时，光输入信号401穿过 PMD抑制装置405，其产生光输出信号402。 PMD测量模块410的光检 测器411光耦合到光学线路，并且其可操作用来接收光输出信号402的一 部分，从而将其转换成电信号。时钟恢复单元412电耦合到光检测器411 或电耦合到输入的电信号，并且其可操作用来从电信号中提取时钟信号。
组合器413电耦合到时钟恢复单元412和光检测器411，并且其可操作用 来将时钟信号与电信号混和。低通滤波器414电耦合到组合器413，并且 其可操作用来接^1^且合器的输出信号并产生滤波后的电信号。然而在实践 中，因为大多数40Gb/s电路中的时钟频率都是20GHz而不是40GHz， 所以可替选的实施例可包括第一组合器、低通滤波器、和用于承载约/e (例 如20GHz)的信息的检测器，以及第二组合器、低通滤波器和用于承栽约 2/c (例如40GHz)的信息的检测器。射频(RF)检测器415电耦合到低通滤 波器414,并且其可操作用来测量滤波后的电信号的强度。在一个实施例 中，组合器413是高频组合器，低通滤波器414具有相对低的截止频率(低 达10kHz)，而RF检测器415则是慢速检测器。
控制模块420电耦合到RF检测器415，并且PMD抑制装置405电 耦合到控制模块420。最后，控制模块420可操作用来对从RF检测器415 接收到的强度测量值进行处理，并使用图1和2的方法100和/或200来 控制PMD抑制装置405内的至少一个光学部件，从而在光学线路中校正 或降低PMD。
上述示范性实施例中的一些提供了新颖的和有创造性的用于测量 PMD的系统和方法。然而，如本领域的普通技术人员容易从本公开所认 识的，除了在此明确公开的以外，任何类型的PMD或DGD测量装置或 方法，可以与下述的PMD抑制系统和方法一起4吏用。
现在转向图5，根据本发明的一个示范性实施例而示出了 PMD抑制 装置模型500。在模型500下，输入光信号501经由具有一系列双折射光 纤503-1-N的光学线路传输，其中在两个连续的光纤线路之间存在偏振操 作元件502-l-N。输入光信号501到达PMD抑制装置550,其中部件 502-1-N和503-1-N中的每一个的效应被每个部件508-1-N和507-1-N消 除——即，508-1取消502-N, 507-1取消503-N,等等。具体地，输入光 信号501经由第一准直仪505 1PMD抑制装置550，并由双折射元件 508-1-N和507-1-N处理，该双折射元件逐一消除光学线路元件502-1-N 和503-1-N的效应。P励抑制装置550然后经由第二准直仪502提供输 出光信号502。
图6示出了才艮据本发明的一个示范性实施例的单级、自由空间PMD 抑制系统600。系统600的PMD抑制装置605例如可被用来根据图5所 示的模型500而实施图3和4的( 一个或多个)PMD抑制装置305和/ 或405。在一个实施例中，抑制装置605包括以,构造布置的多个自由
空间光学元件。在操作时，光输入信号601到达PMD抑制装置605和 PMD测量模块610两者。PMD测量模块610对光输入信号601进行处理 并将电信号传输到指示光学线路的PMD的控制模块611。控制模块611 然后对PMD抑制装置605进行操作以降低或消除光学线路中的PMD。
光输入信号601到达第一准直仪615并穿过偏振控制器620。偏振控 制器620可操作用来补偿在光学线路末端出现的偏振变化。在一个实施例 中，偏振控制器620输出信号，该信号传播通过第一双折射晶体625、第 一可调谐A/2板630、第二双折射晶体635、第二可调谐人/2板640、第 三双折射晶体645和第二准直仪650(它们全都以级联方式相互光耦合)， 这样一来就产生了 PMD抑制信号602。如本领域的普通技术人员容易从 ^^开所认识的，可使用任意数量的晶体。在一些实施例中，为了补偿光 学线路的双折射，晶体625、 635和645可具有非常大的双折射。在系统 的偏振特性不能由这种"单步"表示来描述的其它实施例中，PMD抑制 装置605可被构造为多级装置一一即晶体一偏振控制器一晶体一偏振控 制器，等等。然而，如果光纤中没有"扭曲"或其它缺陷，则有可能以诸 如PMD抑制系统600之类的单级系统来补偿光纤的双折射。
仍然参考图6， PMD抑制系统600是可调谐装置。另外，系统600 方便地在线路的两个主偏振态之间操作，从而提供相对的可调谐的光学延 迟线路。偏振控制器620设在晶体625、 635和645前面，使得主偏振态 沿着晶体625、 635和645的轴定向。晶体625、 635和645在线路的两个 主偏振态之间固定DGD。
在一个示范性实施例中，晶体625、 635和645例如可以是方解石和/ 或钒酸钇(YV04)，其寻常和非常折射率之间的差约为10%，亦即 卜。ie卜0.2。使用这些类型的晶体，可用仅约5厘米的晶体来补偿长达 500 7>里的普通电信光纤生成的PMD。通过用小的自由空间偏振控制器 来替换偏振控制器620，可以使PMD抑制装置605甚至更加紧致，从而 留下准直仪615和650来负责耦合输入和输出光纤。
因为任何给定光学线路的确切双折射一般都是未知的(在40Gb/s网络 中可高达25ps),所以PMD抑制装置605可^L做成是可调谐的——亦即， 其长度可数字式地改变。在图6所示的实施例中，由3个晶体625、 635 和645来进行双折射抑制。在其它实施例中，晶体的数目可以取决于期望 的精度而变化。晶体625、 635和645中的每一个可具有不同长度，并且 它们对整个抑制的贡献可以取决于入射光601的偏振。因此，在两个连续
的晶体之间，可添加可调谐的半波相位延迟(X/2)板630和640，从而有 效地控制特定晶体的贡献的符号。亦即，可调谐入/2板630和640中的每 一个可按两种模式中之一来操作(l)作为卯°偏M转器，或(2)作为透 明薄膜一一即全波长(入)板，保持偏振完整。同样地，板630和640中的 每一个规定其随后的晶体的PMD是添加到整个装置PMD还是从中减去。
如果例如晶体的两个偏振定向之间的时间延迟分别是4ps、 8ps和 16ps(在YV04的情况下，这些延迟分别对应于6毫米、12亳米和24毫 米的晶体长度)，则只要DGD落在具有8ps的分辨率的-28ps至+28ps之 间，即可降低DGD。在该例中，整个系统(具有PMD抑制装置605)的最 差时间延迟是I A, I ^4ps。这样一来，使用附加的2ps晶体就可使分辨率改 进4ps——即lA/l2ps。另一种选择是挑选长度约是6亳米、12亳米和 18毫米的晶体，^这种情况下达到仅士24ps的PMD校正。然而，该实例 允许系统在零PMD场景下工作。在一个可替选的实施例中，PMD抑制 装置605可在反射模式下操作，使得信号可不止一次地通过晶体625、 635 和645中的一个或多个，这样一来就可降低所需的晶体尺度。
PMD抑制装置605相对于现有技术的优点之一是它使用双折射晶体 625、 635和645，而不是光纤和/或偏振射束分离器与延迟线路的组合， 这样一来就极大简化了设计。PMD抑制器605相对于现有技术的另 一优 点是它经由可调谐板630和640而提供了离散的二进制调谐集合，这与更 复杂且易出错的连续调谐相反。这两种特性使之成为相对较小的装置。如 本领域的普通技术人员所容易认识的，PMD抑制器605可集成在光学转 发器之内，这样一来就导致了高性能、低成本和紧致的装置。另外，当在 集成光学转发器内使用时，PMD抑制器605可降低一阶PMD，而多^C 射器可抑制更高阶的PMD，如美国专利申请序列号No. 11/585,659、名称 为"OPTICAL TRANSPONDERS WITH REDUCED SENSITIVITY TO POLARIZATION MODE DISPERSION (PMD) AND CHROMATIC DISPERSION (CD)"所述。
图7绘出了根据本发明的一个示范性实施例的象图6所示那样的单级 PMD抑制系统的仿真结果的曲线图700。横轴705表示以ps为单位的时 间，而纵轴710则表示以n W为单位的功率。上方曲线701示出PMD为 约30ps的网络的输出信号。具体地，信号701-1和701-2示出对于两种 主偏振态的PMD的两种极端情况。下方曲线702示出对于相同的两种主 偏振态的PMD抑制装置605的输出信号，从而表明PMD抑制装置605 显著地降低了系统的PMD。
图8示出了根据本发明的另一个示范性实施例的反射构造的另一 PMD抑制器800。这种特别的实施例是优选的，因为它允许PMD抑制器 800比图6所示的PMD抑制器更小。具体地，该实施例允许晶体825、 835和845具有图6中相应晶体的一半大小。在这种情况下，输入光信号 801经由光纤循环器855 ^ DGD抑制器800，该光纤循环器855可置 于转发器壳体中的任何位置。镜850可采取晶体845上高反射镀层的形式。 例如，在钒酸钇(YV04)晶体的情况下，其中DGD抑制器800被设计用来 抑制30士5ps，晶体825、 835和845的长度可分别为11.25毫米、7.5毫米 和3.75毫米，这意味着整体DGD抑制器800可制作成小于40亳米。
现在转向图9,根据本发明的又一个示范性实施例而示出了电光混合 型PMD抑制系统900。混合系统卯O例如可用作结合图3、 4、 6和8所 述的全光学PMD抑制装置305、 405、 605和/或805的替代。光输入信号 卯l在穿过准直仪905和偏振控制器910之后，被传输通过偏振射束分离 器915。偏振控制器910可对未校正线路和偏振控制器910的两个主偏振 态进行定向，使得它们匹配偏振射束分离器915的偏振轴。
偏振射束分离器915然后将光信号分离成两部分，其中第一部分(较 快的部分，其需要延迟并具有第一偏振态)由第一光检测器920转换成第 一电信号，而第二部分(具有第二偏振态);被元件925反射后由第二光检 测器930转换成第二电信号。第二电信号通过可调谐电子延迟装置935 传输以校正光学线路的DGD，然后由模拟求和装置或组合器940将第一 和第二电信号重新组合，以产生固定的输出信号卯2。在一个可替选的实 施例中，另 一种可调谐电子延迟装置(未示出)在第一电信号到ii^拟求和 装置940前对其进行处理。进而，Mach-Zehnder(MZ)调制器(未示出)等 可以用于将激光器(未示出)的输出调制为固定输出信号902的函数，这样 一来就导致了与光学线路的PMD效应无关的光信号。
图10是根据本发明的另一个示范性实施例的具有光纤偏振射束分离 器1025的PMD抑制器1000的框图。偏振控制器1030光纤耦合到光纤 偏振射束分离器1025，其直接耦合到检测器1005和1010。检测器1005 的输出通过可调谐电子延迟装置1015而传输，以校正光学线路的DGD， 然后通过模拟求和装置1020重新组合第一电信号，以产生固定的输出信 号1002。这种构造的一个优点在于其装配的相对简单和容易。
尽管以上详细说明了本发明的一些示范性实施例及其优点，但应当理
解的是，在此能够进行各种变化、替换和修改，而不脱离如所附权利要求 所限定的本发明的精神和范围。进而，本发明的范围并非限制在此处示出 的过程、机器、制造、装置、方法和步骤的具体实施例。如本领域的普通 技术人员容易从本公开意识到的，根据本发明，可利用目前存在或日后将 要开发的其它过程、机器、制造、装置、方法或步骤，其与此处说明的对 应实施例执行基4^目同的功能或达到基4^目同的结果。因而，所附的权利 要求书意在将这些过程、机器、制造、装置、方法或步骤涵盖在其范围内。
权利要求
1.一种用于测量光学线路的差分群延迟(DGD)的方法，所述方法包括使用具有扰频频率的偏振扰频器，经由所述光学线路传输具有时钟频率(fc)和调制频率的光信号；对于从由fc和fc/2组成的组中选择的至少一个频率，测量所述光信号的边带的光谱强度；以及使用所述测量的光谱强度来确定所述光学线路的DGD。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述光信号包括伪随机二进 制序列(PRBS)非归零(NRZ)信号。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，传输所述光信号包括使用波 分复用(WDM)信道。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述扰频频率小于所述调制 频率。
5. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述边带的光镨强度与DGD 的正弦的平方成比例。
6. —种用于测量光学线路的差分群延迟(DGD)的方法，所述方法包括经由所述光学线路传输光信号；在第一偏振态和第二偏振态之间改变光信号的偏振的同时，测量时钟 频率附近的所述光信号的光镨强度的相对变化；以及使用所述光信号的光镨强度的相对变化来确定所述光学线路的 DGD。
7. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括通过控制光耦合到所 述光学线路的至少一个光学部件，以降低所述时钟频率附近的所述光信号 的光镨强度，来校准所述光学线路的差分群延迟(DGD)。
8. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括通过控制光耦合到所 述光学线路的至少一个光学部件，以增加所述时钟频率附近的所述光信号 的光镨强度，来校准所述光学线路的差分群延迟(DGD)。
9. 一种偏痴漠色散(PMD)抑制设备，包括光检测器，其光耦合到光学线路，其中所述光检测器可操作用来接收 具有时钟频率(A)的光输入信号的 一部分并将所述光输入信号转换成电信号；射频(RF)带通滤波器，其电耦合到所述光检测器，其中所述RF带通 滤波器可操作用来对所述电信号进行滤波并被调谐至从由/e和A/2组成的 组中选择的频率；以及RF检测器，其电耦合到所述RT带通滤波器，其中所述RF检测器 可操作用来测量所述滤波的电信号的强度。
10. 根据权利要求9所述的设备，进一步包括控制模块，其电耦合到 所述RF检测器。
11. 根据权利要求10所述的设备，进一步包括PMD抑制装置，其 电耦合到所述控制模块并光耦合到所述光学线路。
12. 根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制模块可操作用来 对从所述RF检测器接收到的强度测量值进行处理。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中，所述控制模块可操作用来 控制作为所述强度测量值的函数的所述PMD抑制装置之内的至少 一个光 学部件。
14. 一种偏椒漠色散(PMD)抑制设备，包括光检测器，其光耦合到光学线路，其中所述光检测器可操作用来接收 具有时钟频率(/e)的光输入信号的 一部分并将其转换成电信号；时钟恢复单元，其电耦合到所述光检测器，其中所述时钟恢复单元可操作用;Mc所述电信号中提取时钟信号；第一组合器，其电耦合到所述时钟恢复单元和所述光检测器，其中所 述第一组合器可操作用来将所述提取的时钟信号与所述电信号混和；第一低通滤波器，其电耦合到所述组合器，其中所述第一低通滤波器 可操作用*^所述第一组合器接收输出信号并产生滤波后的电信号；以及第一射频(RF)检测器，其电耦合到所述第一低通滤波器，其中所述第 一 RF检测器可操作用来测量/e处的所述滤波的电信号的强度。
15. 根据权利要求14所述的设备，进一步包括控制模块，其电耦合到所述RF检测器；以及PMD抑制装置，其电耦合到所述控制模块并光耦合到所述光学线路。
16. 根据权利要求15所述的设备，其中，所述控制模块可操作用来 对从所述RF检测器接收到的强度测量值进行处理。
17. 根据权利要求16所述的设备，其中，所述控制模块可操作用来 控制所述PMD抑制装置之内的至少一个光学部件。
18，根据权利要求14所述的设备，进一步包括第二组合器，其电耦合到所述时钟恢复单元和所述第 一组合器；第二低通滤波器，其电耦合到所述第二组合器的输出；以及第二射频(RF)检测器，其电耦合到所述第二低通滤波器，其中所述 RF检测器可操作用来测量2/e处的所述滤波的电信号的强度。
19. 一种偏振模色散(PMD)抑制装置，包括 光纤循环器，其光耦合到光学线路；第一准直仪，其光耦合到所述光纤循环器； 偏振控制器，其光耦合到所述第一准直仪； 第一双折射晶体，其光耦合到所述偏振控制器； 可调谐人/2板，其光耦合到所述第一双折射晶体； 第二双折射晶体，其光耦合到所述可调谐人/2板；以及 反射表面，其光耦合到所述第二双折射晶体。
20. 根据权利要求19所述的装置，其中，所述第一和第二双折射晶 体可^Ht用来补偿所述光学线路的双折射。
21. 根据权利要求19所述的装置，其中，所述偏振控制器可操作用 来补偿出现在所述光学线路末端的偏振变化。
22. 根据权利要求19所述的装置，其中，所述可调谐X/2板可操作用 来控制所述第二双折射晶体的效应。
23. 根据权利要求19所述的装置，其中，所述第二双折射晶体包括 所述^^射表面。
24. 根据权利要求19所述的装置，进一步包括: 偏,色散(PMD)测量模块，其光耦合到所述光学线路；以及控制模块，其电耦合到所述PMD测量模块并可操作用来控制所述偏 振控制器和所述可调谐人/2板之中至少一个的操作。
25. —种用于校正光学线路的偏痴漠色散(PMD)的方法，所述方法包括将传播通过所述光学线路的光信号分离成具有所述光学线路的第一 主偏振态的第 一部分和具有所述光学线路的第二主偏振态的第二部分；将所述第 一和第二部分转换成第 一和第二电信号；使所述第二电信号延迟以产生补偿所述光学线路的差分群延迟(DGD) 的延迟电信号；以及将所述延迟电信号与所述第一电信号混和、以产生固定输出电信号。
26. 根据权利要求25所述的方法，进一步包括使所述第一电信号延迟。
27. 根据权利要求25所述的方法，进一步包括使用所述固定输出电 信号来调制激光器的输出。
28. —种偏抝漠色散(PMD)抑制设备，包括 偏振控制器；偏振射束分离器，其光耦合到所述偏振控制器并可^作用来将光信号 分离成具有光学线路的第 一主偏振态的第 一部分和具有所述光学线路的 第二主偏振态的第二部分；第一光检测器，其光耦合到所述偏振射束分离器并可操作用来将所述 第 一部分转换成第 一 电信号；第二光检测器，其光耦合到所述偏振射束分离器并可操作用来将所述 第二部分转换成第二电信号；可调谐电子延迟装置，其电耦合到所述第二光检测器并可^Mt用来补 偿所述光学线路的差分群延迟(DGD);以及组合器，其电耦合到所述第一;3b险测器和所述可调谐电子延迟装置， 其中所述组合器可操作用来产生固定输出电信号。
29. 根据权利要求28所述的设备，进一步包括另一个可调谐电子延 迟装置，其电耦合到所述第一光检测器和所述组合器。
30. 根据权利要求28所述的设备，进一步包,制器，其电耦合到 所述组合器并可操作用来调制作为所述固定输出电信号的函数的激光器 的输出。
31. 根据权利要求28所述的设备，其中，所述偏振射束分离器是光 纤偏振射束分离器。
全文摘要
本发明涉及用于偏振模色散抑制的系统和方法。在一个示范性实施例中，一种方法包括经由光学线路传输光信号；在第一偏振态和第二偏振态之间改变光信号的偏振的同时，测量时钟频率(或该频率的一半)附近的光信号的光谱强度的相对变化；以及使用光信号的光谱强度的相对变化来确定和校正光学线路的DGD。另一种方法包括将传播通过光学线路的光信号分离成具有光学线路的第一和第二主偏振态的第一和第二部分；将该第一和第二部分转换成第一和第二电信号，使第二电信号延迟以产生补偿光学线路的DGD的延迟电信号；以及将延迟电信号与第一电信号组合，以产生固定输出电信号。本发明进一步包括用于偏振模色散抑制的系统。
文档编号H04B10/18GK101174905SQ20071016562
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月23日 优先权日2006年10月24日
发明者吉尔·布勒歇尔, 哈伊姆·查耶特, 埃雷尔·格拉诺特, 沙伊·察多克, 沙尔瓦·本-埃兹拉, 罗尼·达东, 耶胡达·甘兹, 莫蒂·卡斯皮, 阿里耶·舍尔, 鲁文·扎伊贝尔 申请人:凯莱特光子学公司