专利名称：偏振模式分散补偿的方法和偏振模式分散补偿器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到按照权利要求1的偏振模式分散补偿的方法和按照权利要求5的偏振模式分散补偿器。
在光学传输技术中尽可能使用长的光波导线传输路段。由制造决定光波导线不是完全各向同性的。由于传输路段长由于被传输的光学信号双折射产生依赖于频率的偏振变换-偏振模式分散或者简称为偏振分散PMD。由于偏振改变这导致了和因此决定了用于传播被发送脉冲不同的依赖于频率的运行时间，因此降低了接收方的可识别性和限制了可传输的数据率。
此外偏振模式分散是与温度或者机械负荷有关。因此有必要将适配的PMD补偿器插入到传输路径中。PMD补偿器应该在至少一个传输频带范围内的光学载波频率上使传输路段和补偿器的整个系统的偏振传输性能近似地(在第一阶或者必要时也在比较高阶上)与频率有关。从而将被调制的信号可以无畸变地传输。
在波分复用WDM时应该争取，在单个传输频带上(传输波长)，至少在每个单个信道上达到这个频率依赖性。对这种变换器/补偿器的要求是低的插入衰减，与光波导线的兼容性，也就是说低的耦合衰减和机械的兼容性，和尽可能可以选择改变的和依赖于频率的偏振性能。为了开发PMD补偿器和为了检查不补偿的传输系统的PMD容许误差可以使用可调整变化的但是仍然价格便宜的和无衰减的PMD模拟器，这种PMD模拟器以有特色的方法可以模仿不同条件下(例如在温度波动时)直到数千公里长的依赖于频率的光波导线路段。
适合于补偿PMD的补偿器具有传输路段的逆变传输特性。在文献中由延迟器/偏振回转实现的补偿器是已知的，将这种补偿器安排在比较强的双折射LWL-线段上。延迟器是光学传输环节的总概念，延迟器将两个相互正交的固有模式不改变地和用相同的，理想情况下已经消失的衰减，然而用一般来说不同的相位延迟进行传输。
强双折射的LWL-线段保持或者保留两个相互正交的主偏振和因此是保持偏振的光波导线PMF(维护偏振光纤)。这些PMF是强偏振分散的，也就是说不同的偏振导致运行时间很不相同。一个相应的例子叙述在“光学光纤通信会议”会议文集，1995，OFC’95，美国光学学会190至192页的报告中。
在“IEEE量子电子学杂志”，18卷，第四期，1982年4月，767至771页中叙述了一个集成光学单边带调制器和相位移器。这个在锂铌酸盐基质上包括了一个在芯片上面延伸的梳状的接地电极和排列成行的梳状电极，其齿尖与接地-电极的齿尖是相互重叠的和在其中各自每个第二个与第一个控制电压以及与第二个控制电压相连接。在这种偏振变换器中只可以安排用±45°直线的以及用圆形的偏振固有模式进行TE-TM-模式转换。在TE-TM-相位移的部分在这里是由芯片长度和芯片温度预先规定的和不可以通过电压改变的。还有这种装置的缺点是预先规定的偏振变换只对一定的光学频率起作用，然而不可以自由地预先规定偏振变换的频率依赖性。
在“IEEE量子电子学杂志”，25卷，第八期，1989年8月8日，1898至1906页上叙述了一种集成光学的偏振变换器，这种偏振变换器使用LiNbO3，或者LiTAO3作为基质。这个只需要三个不同的控制电压，一个相位移电压和两个模式转换器电压，以造成所希望的偏振改变。相位移电压使得TE(横向电的)波和TM(横向磁的)波之间产生相位延迟，这些同时是固有模式，然而不会引起相互转换。两个模式转换器电压中的一个引起±45°升角直线偏振固有模式的TE-TM模式转换，另外一个引起圆形偏振固有模式的TE-TM模式转换。然而预先规定的偏振变换只对一定的频率起作用。当其他光学频率时依赖于针对这个一定的光学频率调整的偏振变换产生偏振变换。
从第四届欧洲集成光学会议的会议文集ECIO 87，格拉斯格，苏格兰，编者Wilkinson和Lamb，115至118页中叙述了具有简单电极形状的TE-TM变换器。
将这个已知的装置使用于偏振变换，例如在接收机上作为偏振补偿器。这些不是计划作为PMD补偿器的。
在电子信笺，1994年2月17日，第30卷，第四期，348至349页中同样叙述了PMD补偿方法。在这里作为传输元件使用了保持偏振的光纤(PMF)的多个线段，将这些通过偏振变换相连接，和将具有后置的保持偏振光纤的偏振变换器用于PMD补偿。由于必要的拼接方法产生的衰减可能很高。在这里还叙述了PMD补偿器与光学接收机的接口和为了调整补偿器获取规则判据。将一个功能相似的装置也叙述在OEC’94(日本，Makuhari展览会)14E-12，258至159页的报告上。
实际上在上述文献中叙述的补偿器局限于很少的PMF线段。因此在规则判据最佳化时有可能得到次要的最佳化，这样不能最佳地调整补偿器。
在德国专利申请文件号为19816178.6中叙述了只由PMF组成的PMD补偿器。当然需要机械的移动零件。
因此本发明的任务是，给出PMD补偿方法和PMD补偿器，这个补偿器提供很多调整可能性和在被利用的传输带上为了达到有目标的补偿尽可能任意依赖于频率的偏振变换成为可能。
按照本发明PMD补偿器的优点在于万能的可应用性。通过很多参数确定的现象偏振模式分散原则上也可以只通过适当的调整可能性对应于多个自由度进行补偿。通过个别的控制电压可以调整和运行很多不同的依赖于频率的偏振变换，可以用很高的精度构成为高于一阶的任意的PMD，不仅可以用于PMD补偿而且可以用于PMD模拟。
其他的优点是集成光学组件很小的结构尺寸和以下事实，按照本发明的PMD补偿器将偏振变换功能可以集成在一个组件，芯片中和对于不同偏振产生不同运行时间的功能。
将PMD补偿器同样可以使用作为PMD模拟器或者也可以使用作为偏振变换器。
PMD-补偿器的变型有可能是更紧凑的结构形式。下面借助于实施例详细叙述本发明。
附图表示附
图1按照本发明偏振模式分散补偿器的结构，附图2具有重叠交叉电导线的变型，附图3具有垂直于波导方向延伸的电场的变型，附图4具有褶叠的射线路径的变型，附图5适配的补偿器，附图6模拟器，附图7按照本发明偏振模式分散补偿器具有其他结晶截面的变型，
附图8没有电极重叠交叉的另外的变型，附图9具有无尖端接地电极的另外的变型，附图10具有光学放大器的变型，附图11其有关的细节，附图12置入基质的波导的截面图和附图13具有双模式波导的变型。
附图1表示了按照本发明的PMD补偿器TRF1。这实现为具有锂铌酸盐基质SUB的芯片CH1。其他可以考虑的材料是锂钽酸盐或者类似的高双折射材料。
结晶座标Y和Z位于附图平面上，结晶座标X进入附图平面内。在结晶表面是由钛扩散实现的波导WG。波导是单模式的，这样可以用大约为0.07的折射率差传输TE(横向磁)波。
在基质SUB表面喷涂上可导电的梳状的交叉电极，将其齿尖(分支，手指)安排为与波导成横向。将同样与波导安排成横向的电极M在整个芯片上回形延伸和可以安放在接地上(接地电极)。其他的梳状模式转换器电极Eij(i＝1，2； j＝1，2…n)相互是电绝缘的。电极上的电压Uij在波导WG上产生周期地在传输方向Y或者相反方向延伸的电场。电场直接在电极下周期地在X方向或者相反方向延伸。光波以及光信号OS从入口IN穿过芯片到出口OUT。将单个电极齿尖之间的周期长度L选择大约等于TE波和TM波之间的差频波长。差频波长是这样的长度，具有TE波和TM波作为固有模式的延迟器在固有模式之间的相位延迟正巧为360°。因此当混合偏振时这些以差频波长的倍数重复。当光波波长为1550nm(纳米)时相应的锂铌酸盐的差频波长大约为21μm。因此将齿尖宽度(手指宽度)和电极距离适当地各自选择为大约等于L/4。因此人们得到均匀形状的结构，在其中齿尖宽度和中间空间是相等的。为了可以进行具有改变相位的TE-TM变换，在几个齿尖周期之后各自交替地附加安排大约为L/4和3L/4的距离。因此人们得到TE波和TM波之间为90°以及270°的相位延迟-通过后者将第一个重新返回-，这样就产生了具有不同相位角的TE-TM变换。现在详细叙述这个一旦没有控制电压附在电极上时，在PMD补偿器的入口是纯粹的TE波或者其中的一部分时在出口也产生纯粹的TE波。对于适当选择的控制电压将入口端的TE波变换为纯粹的TM波。如果将这些控制电压减小，则在出口产生TE波和TM波的混合，其相位差是可以自由选择的。特别是当控制电压大约为一半时出口偏振状态可以在45°直线的，右圆形的，-45°直线的，左圆形的和重新回到45°直线之间调整。在这些地方的接地电极M各自的总宽度大约为L/2，以及L(模式电极和单元之间的接地电极原则上也可能制作得窄一些或者由粘接线代替)。
将各自至少两个模式转换器电极E1j和E2j，(j＝1，2…n)，包括从属的与电极E1j以及E2j啮合的接地电极扇形块，可以综合成为一个单元Pj。将一个单元同样可以-如同一个模式转换器电极-综合成为模式转换器。一旦基质材料的一半差频波长的模式转换器电极模数有不同的位置时，于是涉及到一个模式转换器，在其中不仅可以选择模式转换的强度和符号，而且可以选择模式转换的相位。当由两个电极建立的单元时可以将这些用一副控制电压进行控制，控制电压是与两个参数有关。实施例局限于这种单元。但是原则上由不同和/或很多不同的电极建立的不同大小的单元或者模式转换器电极的不同装置是可能的。在双折射基质材料上实现的每个偏振变换器可以是一个单元。
在实施例中安排了n个单元，其中数目n的数值可以为大约25至50个。然而单元的电极E1j和E2j上的电压各个是不相等的或者，如在第4届欧洲集成光学会议的会议文集(ECIO’87)，格拉斯格，英国，11.-13.05.1987，115-118页中叙述的，作为横向位置座标的函数是正弦形状可变的，然而是个别的或者成组的可自由选择的。
可成组自由调整的意义如下例如电极电压U1j，U1(j+1)，U1(j+2)，…至U1(j+9)，(j＝1，11，21，…)可以是相等的，同样电极电压U2j，U2(j+1)，U2(j+2)，…至U2(j+9)，(j＝1，11，21，…)也可以是相等的。即在这个例子中类型E1j为各自十个相邻单元的电极是由相同电压供应的，类型E2j为各自十个相邻单元的电极同样也是由相同电压供应的。这通过电极之间的导电连接很容易实现。PMD补偿器可变性的界限是由电极中间空间的电压强度决定的。比较理想的是应该可以在任意短的长度上进行偏振变换，但是因此要求相应高的电压。因此在制造时应该注意高电压强度。这例如可以通过在结晶表面涂上绝缘层完成。
在现有技术中通过两个可选择的模式转换器电压或者模式转换器电压参数只一个偏振变换，这个偏振变换具有两个自由度，可以规定一个光学频率，而所有其他光学频率的偏振变换按照本发明通过多个模式转换器电极，单元或者单元组的串联，这些可以个别的或者成组个别的一般来说每个用两个可选择的模式转换器电压进行控制，从中得出的偏振变换在多个光学频率上在很大程度上相互无关地可预先规定。这也适用于本发明的其他实施例。其中在附图3上表示的例子替代两个控制电压各自安排了三个控制电压和因此每个单元有三个自由度然而在那个例子中附加的自由度不涉及到模式转换，而是一个有差别的相位移。可以将后者用于选择运行波长。当然这也影响被产生的或者被补偿的PMD，但是在最佳调整的运行波长的环境中可达到的PMD的改变通过有差别的相位移一般来说也可以通过控制模式转换器电极来达到。也使用有差别的相位移的重要原因是从而将PMD补偿器与所希望的运行波长相匹配。
用双折射基质材料实现的和其模式转换相位由两个参数在相位上和在转象差上可以调整的唯一的模式转换器，只在特殊情况下可以有利地影响PMD或者甚至完全补偿PMD。这种模式转换器对于技术上有意义的PMD补偿是不适合的。
然而按照本发明至少补充一个另外的模式转换器，这种模式转换器至少有另外的控制电压，其中所有被使用的模式转换器的总共至少三个用于模式转换的控制电压由至少三个参数来确定。最简单情况下参数与被使用的控制电压相等。有意义的控制电压的最小数量为4至6，即包括例如至少两个单元每个具有两个模式转换器电极。适意的结构用至少10个不同的控制电压工作。
如果人们已经顾及到在芯片上有复杂的接线时，例如由于电导线的重叠交叉，则可以借助绝缘的中间层实现按照附图2的变型TRF2。模式电极E11和E12；E21和E22，…至En1和En2在这里各自连续地位于接地电极M的两个齿尖之间。当横向电场同样的最大强度时这种偏振变换的变型比按照附图1的PMD补偿器可以在比较短的路段上制成和因此当芯片CH2具有同样的总长度时提供了比较大的偏振变换可变性。电极齿尖优选为L。其宽度和距离大约为L/6。不要求将接地电极制造成比较大的距离和宽度。
在附图3上表示了变换器另外的实施例TRF3。如在“IEEE量子电子学杂志”，25卷，第八期，1898至1906页中已知的，其优点可以是通过垂直于波导带来沿着结晶的Z-座标延伸的电场。有利的是因此可以达到的目标是，通过三个自由度为特征的椭圆形偏振变换，这个偏振变换在补偿PMD时可以产生比较容易掌握的调节性能和特别是，如上所述，可以将PMD补偿器与所期望的运行波长相匹配，相反其缺点是比较小的光电系数，这个光电系数只能带来比较小的相位移。芯片CH3的单元PPj(j＝1，2，…n)同样包括由电压U11、U21，…控制的模式转换器电极E11、E21，…。在模式转换器电极之间安排了用电压U3j(j＝1，2…n)控制的相位移电极EP1，…。这些可以个别的或者成组个别的自由选择，也就是说例如将由不同注脚j标志的组的每个组内的电压U3j、U3(j+1)、U3(j+2)，…至U3(j+9)、(j＝1，11，21，…)选择得相等。相位移电极有不同长度的相位移区，其长度各自用差频波长的整倍数加上超过或者低于差频波长的四分之一，即L(N+1/4)或者L(N-1/4)N， K＝1，2，3，…的方法构成，如已经在附图1上，梳状电极的两个组E11至E1n和E21至E2n，这些各自构成为具有相同相位的TE-TM转换。因此当需要时可以重新又有附在相邻单元的一个电极组上的一些电压是相等的，例如U1，1至U1，10，U1，11至U1，20，…，即U1j至U1(j+9)，(j＝1，11，21，…)，同样电压U2j至U2(j+9)，(j＝1，11，21，…)也是相等的。一旦人们不愿意注意这些优点时，可以将所有电极如附图1或2可以个别地进行控制。
在集成光学中通常在不同结晶截面和材料之间进行交换。例如在IEEE J.光波技术，LT-5，第九期，1987，1229-1238页中附图3表示的，集成光学组件，一个调制器，同样可以由X-截面和用Z-截面制成。在这个例子中当从Z-至X-截面过度时将电极配置进行交换，此外因为应该充分利用同一个光电系数和因此电场应该沿着同一个结晶座标延伸，在那个例子中是Z-座标。
如附图7表示的，附图1至附图3的实施例也可以用类似的方法进行转换。在附图1至3中模式转换器应该在Z-和X-偏振之间进行模式转换。用锂铌酸盐当使用光电系数r51时这个通过具有双折射波导WG的差频波长L在X-方向上周期准静态的电场中进行。而附图1至3则例如使用具有X-截面和Y-传输方向的锂铌酸盐可以实现，附图7的实施例TRF5例如使用具有Z-截面和Y-传输方向的锂铌酸盐可以实现。在附图7上标出了这个结晶座标的方位。而在附图1至3上垂直于图平面，即沿着X-座标延伸的周期的电场造成X-和Z-座标的模式转换，这在附图7上是在图平面横向于波导WG延伸的，即又重新沿着X-座标延伸的周期的电场。附图7表示了作为基质SUB一部分的适合的装置。被表示的是模式转换器PMj(j＝1…n)，这个在成组个别控制时是一个比较大的模式转换器的一部分。在波导WG的每个面上安排了梳状电极EMC11j、EMC12j、EMC21j、EMC22j(j＝1…n)。电极EMC11j、EMC21j、EMC12j、EMC22j在横向于接近波导WG的边缘处结束，以便达到光和电场尽可能大的重叠组合。在芯片表面和电极之间以及为了必要的绝缘在重叠交叉的电极之间可以加入普通绝缘的缓冲层，例如SiO2。在一边的电极EMC11j、EMC12j用模式转换器电压V1j以及-V1j供电。在另外一边的电极EMC21j，EMC22j用模式转换器电压V2j以及-V2j供电。相对于预先规定一边上的电极双折射结晶SUB的这些差频波长L在传输方向Y上移位四分之一L/4。在与L/4不同的距离上V1j和V2j不对应于转象差，然而相互移位的模式转换具有相应的其他的相位角。在波导的一边的电极距离和电极宽度也大约为L/4。两个梳状电极各自在一边上是通过绝缘中间层在重叠交叉点上相互绝缘的，各自具有差频波长L的周期和相互移位差频波长的一半L/2。通过模式转换器电压V1j和V2j和与之有关的逆变电压-V1j、-V12j(也就是说正好与电压V1j和V2j相反的电压)可以进行同相位和同转象差的模式转换，这允许无止境的偏振变换和模式转换信号的无止境的相位移。
在附图8表示的另外的实施例TRF7中，将在波导一边的模式转换电极删去。在另外一边将两个电极用一个接地电极EMC代替。为了改善效率，电极EMC可以有与波导重叠的鼻形，但是这不是必须的(附图9，TRF7)。装置的优点是，余留下的电极EMC11j，EMC21j，EMC不是重叠交叉的。模式转换器PMj(j＝1…n)的这种实施例同样允许在两个转象差上进行转换，但是只有这样除了第一个模式转换电极EMC11j安排电压V1j之外第二个模式转换电极EMC21j还安排了电压V2j。用差频波长L四分之一L/4的非偶数倍3L/4将两个电极在芯片SUB的Y传输方向相互错位。为了达到大小同相位和同转象差的可自由选择的模式转换度将多个或者很多模式转换器PMj(j＝1...n)有利的用差频波长L的整倍数(或者也可以半数)作为电极EMC11j与后面的模式转换器PM(j+1)相应的电极EMC11(j+1)之间的距离。将这种串联类似于附图1。
当然例如用锂钛酸盐的PMD可以达到比用锂铌酸盐大的带宽，但是比较小的补偿可能性，有比较小的双折射和因此比较大的差频波长L。
与附图7和8类似的模式转换器另外的实施形式，但是可以专门使用III/V-半导体如GaAs和InP，在集成光学欧洲会议的会议文集ECIO1987，格拉斯格，1987年5月，11-13日，115-118页和在光学通信欧洲会议的会议文集1990，309-312页中叙述的。在III/V-半导体上也可以实现光学放大器。其优点是PMD-补偿器的衰减已经可以在芯片上重新得到补偿。人们可能估价其缺点是，在III/V-半导体上的放大是依赖于偏振的。然而有可能，例如用不同卡紧的量子空腔谐振器，放大器构成，其中将TE比TM放大的强一些或者相反。通过将两个相反的放大器串联，其放大可以各自通过泵流调节，则可以达到不依赖于偏振的放大。因为III/V-材料的衰减比较强地依赖于偏振用锂铌酸盐作为例子，人们可以将那种偏振依赖性通过装入光学放大器相反的偏振依赖性进行消除。
在光学传输路段上也有依赖于偏振的损失，也被称为由偏振决定的损失PDL。这例如是由偏振决定的电介质或者耦合器产生的。如果PMD存在时产生PDL，则在传输时产生附加损失。因此按照附图10的偏振模式分散补偿器TRF8的特殊例子中在基质SUB上除了模式转换器PHLj(j＝1…n)之外还安排了光学放大器OVj(j＝1…n)。附图11作为附图10的详细截面图表示了模式转换器PHLj和前置的和后置的光学放大器OVj。第一个得到控制信号VPHLjp(j＝1…n；p＝1…f)。具有最大值f的注脚p涉及到在各自的模式转换器PHLj上可提供使用的模式转换器控制信号的数目。后者得到泵信号OVPmj(m＝1…2；j＝1…n)。
通过泵信号连接OVM1j影响TE-放大的强度，通过泵信号连接OVM2j影响TM-放大的强度。这样可以通过适当的组合，例如将信号OVMVj、OVDVj线性组合，产生信号OVM1j、OVM2j，受其影响其中之一OOVMVj至少只近似于平均放大和另外的OVDVj至少只近似于有差别的TE-TM-放大。如附图10(应为附图11-译者注)表示这些组合可以例如由电阻和运算放大器或者由微处理器程序实现的计算器RW上构成。按照本发明通过将信号变化OVDVj附加在模式转换器PHLj的模式转换器信号VPHLij上除了补偿PMD之外而且也可以补偿同时存在的PDL。
在这个实施例中代替附图4的反射器安排了如附图10表示的波导的弯曲KR1、KR2用于射线转向。例如在电子书笺，1999年4月15日，35卷，第八期，654-655页表示的，这样的弯曲可以通过光子带空缺材料实现。
补偿或者产生PDL与补偿或者模拟PMD一般来说不仅限于使用半导体材料或者具有光学放大器的材料。用惰性材料如锂铌酸盐也可以将重铬元素OVj使用在例如所有依赖于偏振的可以光电改变其耦合的耦合器，或者使用在依赖于偏振的干涉仪上，借助于控制信号OVDVj可以调整相互成正交的偏振波的衰减，特别是TE和TM。在这种情况下附图10也是按照本发明实施例的一个框图。
附图4表示了具有波导WG褶叠的射线路径的PMD补偿器的实施例TRF4。在芯片CH4端部安排了金属的或者介电的反射镜MI。在反射镜前面一点将波导WG弯曲，这样就尽可能理想的进行反射和在下一路段上尽可能理想的进行供电。反射可以由耦合器代替，反射镜位于耦合器的中间。这降低了装置在反射镜MI纵向位置的精度，但是当制造不精确时产生很强的不期望的反射。
在入口区IN和出口区OUT将波导端部用角度例如6°至8°切断，这样在波导WG和外部的石英玻璃波导之间可以进行反射非常小的过度。将斜切断也有可能使用在附图1至3的芯片上。其他反射很小的过度如介质的反射也是可能的。将单个的单元P1、P2、Pj、Pn可以构成为如附图1至3。
还要补充的是也存在可能性，通过芯片的温度改变来改变变换性能。如果不希望这种效应，因而应该将芯片温度保持恒定或者考虑采用一种调节。
附图5表示了使用作为适配的PMD补偿器TR。附图表示了具有光学发送机TR的传输路段，具有用光波导线LWL实现的传输路段和光学接收机RX。接收机包括一个光二极管PD，在其后连接了决策器DFF。在决策器DFF的出口OD将被传输的数据信号输出。
在二极管前面连接了PMD补偿器用于补偿光学信号OS的偏振模式分散。由于清楚明了的原因没有表示其他的细节如放大器。
例如从二极管出口输出的基带信号BB中得到调节判据。这例如是经过滤波器FI1，这作为带通具有大约由被传输(二进制)数据一半符号率构成的共振频率。如果出现的最大PMD值小于数据信号的符号周期时，于是这是合适的。但是滤波器也可以构成为低通滤波器，其临界频率大约为符号率的1/10至1/4。因此也可以明确的检测比较大的PMD值。在滤波器的后面安排了第一个寄存器DET1，例如是整流器。将这样得到的检测器输出电压U1输入给调节器MP，有利的是将具有模拟/数字和数字/模拟-转换器的微处理器，以及运算放大器用于控制PMD补偿器C。
为了不仅可以明确地检测小的而且可以检测大的PMD值，也可以安排其他的滤波器和寄存器FI2和DET2。
当使用带通滤波器时于是输出电压U1变成最大，如果基带信号的眼睛开口是最大的。这对应于没有畸变的光传输情况。当使用低通滤波器时检测输出电压U2也变成最大，如果基带信号的眼睛开口是最大的。
调节器的输出电压是PMD补偿器需要的电压Uij(i＝1，2，3；j＝1，2，…n)。调节器MP将电压Uij个别的或者成组的改变。只将那些电压保留，通过那些电压可以达到最大可能的检测器输出电压。用这种方法通过PMD补偿器最佳地补偿传输路段的偏振模式分散。
附图6表示将PMD补偿器使用作为模拟器EMU。微处理器通过调节装置ER得到一个信号，将其转换为相应的控制电压Uij。将控制电压Uij也有可能用简单的方法通过电位计进行调整。
将发送机TR供应的光学信号变换在放大器OV输出端输出。后者也可以省略。
除了上述材料锂铌酸盐，锂钽酸盐和III/V-半导体之外也还有很多其他的可能性在芯片或者基质SUB上实现PMD补偿器。芯片/基质可以是双折射的，这样波导WG就是双折射的，然而芯片/基质也可以不是双折射的(各向同性)，一旦波导WG本身是由双折射材料构成的。
例如波导WG可以由一种液晶或者由一种液体的或者固体的聚合物构成。将波导信道为了制造在基质材料上成形。如果要求可以将波导材料通过电场初始定向。
附图12实施例是一个芯片/基质SUB，有利的是在端面截面上看具有顶板CD的聚合物构成的。波导WG的结晶座标X和Z位于与按照附图1至3相对应；后面的附图表示了按照附图11的实施例的俯视图，通过基质顶盖CD的透视图。在其他实施例中，例如附图7至10，结晶座标可以位于其他位置。顶盖也可以是由聚合物构成的；但是可以想象对于基质和顶盖也可以用其他材料如石英玻璃(二氧化硅)和硅和其他的光学衰减很小的材料。
用硬冲头制造波导和用于波导耦合的V-形槽，将硬冲头压入聚合物中，如在电子信笺，1998年7月9日，34卷，第14期，1396至1398页以及那里的文献来源中叙述的。
具有好的光电系数r33的固体聚合物是在第24届欧洲光学通信会议，马德里，1998年9月20至24日，501至502页中叙述的。当然对于这里要求的应用要求其他的光电系数。
按照附图11另外的实施例中波导WG是由双折射的一种铁电液晶构成的。将波导安排在聚合物表面的聚合物基质的槽中。槽的制造可以用金属冲头在制造基质时或者在这之后进行。将电极ELij，M例如通过喷涂安排在顶盖上。如附图情况，一旦光场的大部分传入电极内，对于电极应该使用没有光损失的材料如铟-锡-氧(ITO)。电极也有输入导线，这样从外部可以附在电极上一个电压。
将铁电液晶这样定向，电极之间没有附上电场的液晶在在Z方向的横向电磁场比X方向(右图的图平面上)具有一个另外的折射率(见左图部分)。然而通过Y-方向的静电场部分改变双折射的主座标。主座标的角度改变被称为缓冲角。这当克拉克-拉各瓦-开关时可以很强但是不是没有阻滞的，在不成形螺旋形的铁电液晶(DH-FLC)同样很强和在电群液晶(电群FLC)时变弱，但是是相对快地改变。对于这种组件似乎电群(Eletrokline)和DH-FLC是最合适的候选。
电群效应例如是在物理展望书笺，第38卷，1977，在848页中叙述的。不成形螺旋形的铁电效应在液晶，第5卷，1989年1171页中叙述。“铁电液晶-原理，前景和应用”，第7卷系列“铁电性和有关的现象”编辑乔治W。泰勒和科学出版社，ISBN 2-88124-282-0提供了关于铁电液晶的广泛综述。
按照本发明的这种实施例的功能已经在附图1至3上综合地叙述了。
因为在两种固有模式之间折射率的区别(在这里是X-偏振和Z-偏振)可以大于用锂铌酸盐，人们在规定结构长度上得到比较大的有差别的成组运行时间，这对于PMD补偿是有好处的。其他的优点是FLC的光学系数大。因此可以使用很少和/或很短的电极ELij，这些电极可以将其带宽放大和例如使温度稳定是多余的。
也可以与附图1至3的电极安排不同的情况，将电极或者电极部分安排在基质SUB上。
此外可以安排附加电极，这些电极使得液晶的初始偏振化变得容易。为了产生在X-方向延伸的电场，在附图11上在基质一半SUB，CD的外边安排大面积的电极PE1、PE2或者将组件安放在一个或在两个大面积的电极之间。用运行的电极占据波导的底部也是可能的。为了传输在Z-方向延伸的场，将电极安排在基质SUB或者CD的波导的左右傍边。将其安放在基质SUB部分的情况也可以在没有安放基质部分CD进行初始偏振化，则位于那里的电极不会干扰偏振场的Z-曲线。
一种很有希望的偏振化方法在于，将波导的一个或者多个壁进行化学的，热的或者机械的处理或者涂层。由于在FLC上大的光电效应产生其他的结构自由度。因此可以将每个电极梳减少为一个齿尖。从而放大了光学带宽。高光电系数的其他后果是，只需要将波导的一部分用于偏振变换，例如在所有1000至2000μm中只用10至200μm。因此可以将其他的，例如双折射比较强的或者衰减比较弱的材料使用在位于偏振变换之间的波导部分上。涉及到的是固体的或者液体的聚合物，有色金属液晶和类似的材料。
当使用聚合物或者硅作为基质时为了按照本发明与石英玻璃的波导导线相连接压入以及非各向同性地腐蚀出V-形槽，这使得主动调整变成多余的和则使便宜的制造成为可能。在硅上或者在石英玻璃上产生波导例如在第24届欧洲光学通信会议，马德里，1998年9月20至24日，319至328页和在那里的文献来源上叙述了。
在附图1至3的实施例中要求光学系数为r51，这可以通过垂直电场改变偏振。同样也有可能使用r52，这可以通过使用横向电场。必要时通过结晶座标转换定向人们可以使用其他的光学系数，例如在Y-截面和X传输方向使用r42或者r41，在Z-截面和X-传输方向使用r43或r41，在Z-截面和Y-传输方向使用r53或r52。
目前原则上只说到将双折射材料用于PMD补偿。当然波导双折射通常很容易通过基质双折射达到，如果基质材料或者波导本身是双折射的就足够了。
将作用原理普及时将适合于PMD补偿或者PMD模拟的那些装置，其中在具有两个不同传输速度的模式之间进行模式转换是可能的，用于PMD补偿。因此一般来说在主偏振地方(主要的偏振状态)出现主模式。这是具有最大可能成组运行时间差的那些模式。纵向均匀进行的是与固有模式相同的主模式(和主偏振)。
附图13的实施例TRF9表示了具有X-截面和Z-传输方向的锂铌酸盐结晶。其他的结晶截面或者材料也是可能的。锂铌酸盐结晶有双模式的波导WG。波导WG在其一方面包括两个波导WG1、WG2。这两个波导不一样宽，则其具有不同的成组运行时间。其运行在光子交换的材料中，这样在WG1、WG2中各自有一个偏振是有传输能力的和因此WG只是双模式的，即进行两个主模式。在WG上分布着模式转换器(P1，…Pj，…，Pn)。这些在其结晶截面上各自具有两个原则上平行于波导WG1、WG2延伸的电极E1j、E2j(j＝1…n)。这些电极在WG1、WG2区域各自产生一个水平电场，因此在两个波导模式之间作用一个有差别的相位移。因此通过改变控制电压改变两个波导之间的耦合，则使得波导模式比较强一些或者比较弱一些地相互转换。为了补偿PMD，将偏振传输分配器PBS5、PBS6连接在装置的前面或者后面。
权利要求
1.补偿偏振模式分散(PMD)的方法，其中一个装置含有具有两个不同传输常数主模式的光波导线(WG)和将准备偏振的光学信号(OS)输入给多个将波导主模式相互转换的光电模式转换器(P1，…Pj，…，Pn；E11，E21，…)，并且将多于两个的光电模式转换器(P1，…Pj，…Pn，E11，E21，…)或者将多于两个转换器组个别地用多于两个由多于两个参数确定的控制电压进行控制，将光学信号(OS)的偏振模式分散进行补偿。
2.按照权利要求1的方法，其特征为，两个主模式是正交的主偏振并且波导(WG)是双折射的。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征为，在附加有差别的相位移器(EP1，…，EPn)的装置上将这些也是个别地和/或成组地各自进行控制，将偏振模式分散进行补偿和/或选定运行波长。
4.按照权利要求1至3之一的方法，其特征为，在用于补偿的接收装置(RX)上通过基带信号(BB)的滤波和整流至少得到一个被使用作为调节判据的电压(U1，U2)。
5.具有两个不同传输常数主模式的波导(WG)的偏振模式分散(PMD)的补偿器(TRF1…TRF8)，主模式是由光学信号(OS)运行的，具有多个将波导主模式相互转换的光电模式转换器(P1，…Pj，…，Pn；E11，E21，…)，用多于两个的光电模式转换器(P1，…Pj，…，Pn；E11，E21，…)或者多于两个的模式转换器组进行控制。
6.按照权利要求5的PMD补偿器(TRF1…TRF8)，其特征为，至少一个模式转换器包括一个模式转换器电极(Eij，EMCKij；k＝1，2；i＝1，2；j＝1，2…n；M，EMC)，将模式转换器电极构成为具有横向于波导(WG)的齿尖的梳子形状。
7.按照权利要求5或6的PMD补偿器(TRF1…TRF8)，其特征为，各个单元(Pj)是由至少两个模式转换器电极(Eij；i＝1，2；j＝1，2…n)构成的。
8.按照权利要求6至7之一的PMD补偿器(TRF1…TRF8)，其特征为，在连续的模式转换器电极(E1j和E2j，以及E2j和E1(j+1))之间交换地安排了间距。
9.按照权利要求6至8之一的PMD补偿器(TRF1…TRF8)，其特征为，一个单元(Pj)的至少两个模式转换器(E12，E22，…Eij；i＝1，2；j＝1，2，…n)的各个齿尖是相互啮合的。
10.按照权利要求5至9之一的PMD补偿器(TRF1…TRF8)，其特征为，安排了同样构成为梳状的接地-电极(M)，其中其齿尖和模式转换器电极(E12，E22，…Eij；i＝1，2；j＝1，2，…n)的齿尖是相互啮合的。
11.按照权利要求10的PMD补偿器(TRF2)，其特征为，在由两个模式转换器电极(Eij；i＝1，2；j＝1，2…，)构成的单元(PVj)中在接地电极(M)的两个齿尖之间安排了两个齿尖，其分别是每个模式转换器电极(E1j，E2j)的一个齿尖。
12.按照权利要求5至11之一的PMD补偿器(TRF3)，其特征为，在模式转换器电极(E1j，E2j)之间安排了比较宽的相位移器电极(EPj)，这些可以个别或者多个组地成组个别地进行控制。
13.按照权利要求12的PMD补偿器(TRF1…TRF6)，其特征为，相位移器电极(EPj)各自包括单元的模式转换器电极之间的区域和两个单元(P1，P2；…)之间的区域。
14.按照权利要求5至13之一的PMD-补偿器(TRF6)，其特征为，PMD补偿器至少有一个光学放大器(OVj；j＝1…n)。
15.按照权利要求5至14之一的PMD补偿器(TRF1…TRF6)，其特征为，安排了一种重铬元素(OVj；j＝1…n)，这种元素的两个正交偏振具有可调节放大或者衰减的差别。
16.按照权利要求15的PMD补偿器(TRF1…TRF6)，其特征为，通过调节两个正交偏振的放大或者衰减的差别可以补偿光学介质依赖于偏振的衰减或者放大。
17.按照权利要求5至16之一的PMD补偿器(TRF1…TRF6)，其特征为，补偿器是作为芯片或者是用锂铌酸盐、锂钽酸盐、III/V-半导体、硅、硅酸盐或者聚合物在基质(SUB)上实现的。
18.按照权利要求17的PMD补偿器(TRF1…TRF6)，其特征为，波导(WG)包括一种聚合物或者一种液晶。
19.按照权利要求5至18之一的PMD补偿器(TRF4)，其特征为，波导(WG)至少通过一次反射褶叠的。
20.按照权利要求5至19之一的PMD补偿器(TRF1…TRF6)，其特征为，将补偿器安排在一个接收装置(RX)中并且通过基带信号(BB)的滤波和整流得到使用作为调节判据的至少一个电压(U1，U2)。
21.按照权利要求5至20之一的PMD补偿器(TRF1…TRF6)，其特征为，将补偿器安排作为可外部调整的模拟器(EMU)。
22.按照权利要求5至21之一的PMD补偿器(TRF1…TRF6)，其特征为，两个主模式是正交的主偏振并且波导(WG)是双折射的。
全文摘要
在双折射的基质材料(SUB)上的偏振变换器(TRF1)有比较多数目的各自具有两个模式转换器电极(Eij,i=1,2;j=1,2,…n)的单元(Pj),将模式转换器电极可以个别地或者在多于两个组中可以个别地进行控制,这样就可以补偿偏振模式分散。
文档编号H04B10/2569GK1308797SQ99808488
公开日2001年8月15日 申请日期1999年6月24日 优先权日1998年7月10日
发明者R·诺伊 申请人:西门子公司