專利名稱：用于光纖傳輸系統(tǒng)的多階偏振模色散補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳輸系統(tǒng)，特別涉及一種具有一補(bǔ)償器的傳輸系統(tǒng)，該補(bǔ)償器用于減少偏振模色散的多階影響。
背景技術(shù)：
光纖傳輸系統(tǒng)正在開(kāi)始實(shí)現(xiàn)其快速傳輸大量信息的巨大潛力。本質(zhì)上，光學(xué)傳輸系統(tǒng)是由一光信號(hào)源和一光纖傳輸通路組成的，該通路用于將光信號(hào)傳輸至一用于使信號(hào)所攜帶的信息解調(diào)的接收器。越來(lái)越多地，光信號(hào)為包括多個(gè)不同的波長(zhǎng)信道的波分復(fù)用信號(hào)(WDM或DWDM信號(hào))。在每個(gè)信道中，信息典型地是以一光學(xué)脈沖序列的形式傳輸?shù)摹?br> 偏振模色散補(bǔ)償器是光學(xué)傳輸系統(tǒng)中具有潛在重要性的元件。當(dāng)一信號(hào)的不同正交偏振分量具有不同的傳播延遲時(shí)，偏振模色散(PMD)就會(huì)產(chǎn)生。光纖和光學(xué)元件中的瑕疵能產(chǎn)生偏振分量的不同延遲。這些不同的延遲能使傳輸光脈沖的形狀失真。
PMD是在高比特傳輸速率中，特別是40Gb/s或更高的傳輸速率中，越來(lái)越受到關(guān)注的問(wèn)題。此外，因?yàn)镻MD可隨著頻率而改變，對(duì)在寬頻范圍內(nèi)傳輸光信號(hào)的系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償也越來(lái)越困難。因此，具有改善了PMD補(bǔ)償?shù)墓饫w傳輸系統(tǒng)是十分需要的。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明，提供了一種具有多階PMD補(bǔ)償?shù)墓饫w傳輸系統(tǒng)，用以在高比特率下和在一頻率變化的范圍內(nèi)提供增強(qiáng)的補(bǔ)償。特別地，PMD由一連串鏈接起來(lái)的組件補(bǔ)償，每個(gè)組件設(shè)置得用以補(bǔ)償PMD泰勒級(jí)數(shù)近似值的相繼更高的階項(xiàng)。更佳地，每個(gè)組件包括一偏振控制器和一特定階項(xiàng)的微分色散元件。在一示例中，一階微分色散元件可為一標(biāo)準(zhǔn)的微分群延遲(DGD)元件。二階元件可為一微分群速色散元件，三階元件可為微分色散斜率元件。在不同的實(shí)施例中，這些各種階數(shù)的微分色散元件可以是固定的或者是可調(diào)諧的元件。


結(jié)合附圖、考慮下面將要詳述的例證性實(shí)施例，可以更清楚地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、實(shí)質(zhì)和各種附加的特征。在附圖中圖1為顯示包括有一多階PMD補(bǔ)償器的光纖傳輸系統(tǒng)的示意圖；圖2為詳細(xì)描述用于圖1實(shí)施例的一典型的多階補(bǔ)償器的示意圖；圖3為詳細(xì)描述用于圖1實(shí)施例的一可供選擇的典型的二階PMD補(bǔ)償元件的示意圖；圖4為詳細(xì)描述用于圖1的實(shí)施例中的另一可選擇的典型的二階PMD補(bǔ)償元件的示意圖；及圖5-10為用于解釋本發(fā)明的原理和理論的示意圖。
可以理解，這些圖是為了解釋本發(fā)明的內(nèi)容，且除了圖表外，這些圖沒(méi)有按比例繪制。
具體實(shí)施例方式
本描述分為兩部分，第I部分描述本發(fā)明的示意性實(shí)施例，第II部分向本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員詳細(xì)描述本發(fā)明的原理以及在其基礎(chǔ)上的延伸。
I.具有多階PMD補(bǔ)償?shù)墓鈧鬏斚到y(tǒng)參照附圖，圖1示意描述了一光纖傳輸系統(tǒng)10，該系統(tǒng)包括一信息載波脈沖光源11，一傳輸通路12，由用于傳輸來(lái)自光源11的光信號(hào)的光纖組成，一多階PMD補(bǔ)償器13，一可自由選擇的光接收器14，和一可自由選擇的監(jiān)視器15，監(jiān)視器15用于將一反饋信號(hào)16提供給多階PMD補(bǔ)償器13。假設(shè)光纖通路12具有不想要的偏振模色散。信號(hào)源11、光纖通路12、接收器14和監(jiān)視器15可為本領(lǐng)域現(xiàn)有的、眾所周知的常規(guī)裝置。
多階PMD補(bǔ)償器13包括多個(gè)補(bǔ)償組件A，B，C，......，每個(gè)補(bǔ)償組件用于補(bǔ)償在關(guān)于波長(zhǎng)的PMD泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式中相繼地依次增高的階項(xiàng)。正如第二部分中所論證的，可將作為角頻率ω函數(shù)的PMD表示為泰勒級(jí)數(shù)近似值。依照本發(fā)明，補(bǔ)償組件A補(bǔ)償該級(jí)數(shù)近似值的第一項(xiàng)的影響，B補(bǔ)償?shù)诙?xiàng)，C補(bǔ)償?shù)谌?xiàng)。如果需要，可提供另外的組件以補(bǔ)償更高階項(xiàng)的影響。
圖2詳細(xì)顯示了用于圖1系統(tǒng)中的一典型的多階補(bǔ)償器13。相繼的組件A，B，C補(bǔ)償在PDM向量的泰勒級(jí)數(shù)近似值中相繼地依次增高的階項(xiàng)，該P(yáng)DM向量為某個(gè)中心載波頻率ω0周圍的頻率ω的函數(shù)。在該泰勒級(jí)數(shù)近似值中，在比中心頻率ω0大一頻率增量Δω的頻率處的PMD矢量 用一序列階項(xiàng)的和來(lái)近似，我們?cè)谄淝叭?xiàng)中分別考慮這種近似，即1)在ω0處的PMD矢量，2)在ω0處PMD矢量相對(duì)于頻率的斜率，3)在ω0處斜率隨頻率變化的速率。同樣也能使用更高的階項(xiàng)。數(shù)學(xué)上，在ω0處的PMD向量可用 表示，在ω0處的斜率可用 表示，在ω0處斜率變化的速率可用 表示。因此， 是ω0處的PMD向量， 是 相對(duì)于ω的導(dǎo)數(shù)在ω0處的值， 是 相對(duì)于ω的二次導(dǎo)數(shù)在ω0處的值。利用該級(jí)數(shù)近似值，在ω＝ω0+Δω處的PMD向量可近似為 本發(fā)明設(shè)想用補(bǔ)償器A補(bǔ)償 的影響，用補(bǔ)償器B補(bǔ)償τ→ω(ω0)Δω]]>的影響，用補(bǔ)償器C補(bǔ)償τ→ωω(ω0)Δω22]]>的影響。更高次項(xiàng)通常可以忽略，但如果要求補(bǔ)償，它們也是可以被補(bǔ)償?shù)摹?br> 下面，組件A、B和C將包括具有色散的特殊元件，當(dāng)光通過(guò)光學(xué)部件或光纖時(shí)，不同的頻率(波長(zhǎng))會(huì)得到不同的時(shí)間延遲。色散是由材料的折射率及波導(dǎo)設(shè)計(jì)對(duì)頻率的依賴性所引起的。偏振模色散是通過(guò)光學(xué)部件或光纖的時(shí)間延遲對(duì)極化的依賴程度。(PMD可以對(duì)或可以不對(duì)頻率有依賴性)。偏振模色散和色散是相關(guān)的，它們都反映了通過(guò)光纖或光學(xué)部件時(shí)的時(shí)間延遲。
與偏振模色散相似，色散的效果可由將模式傳播常數(shù)β在載波頻率ω0附近展開(kāi)為泰勒級(jí)數(shù)來(lái)解釋 這里，我們定義βω為一階色散，或者更準(zhǔn)確地，為“一階相位速度色散”，它決定了群速或延遲，βωω為二階色散(或群速色散，或者有時(shí)簡(jiǎn)稱為色散)，βωωω為三階色散(或稱色散斜率)。在下文中，一特定階的微分色散將參照這樣一種情況，即當(dāng)通過(guò)一光學(xué)元件傳輸時(shí)，兩正交的偏振經(jīng)歷該階次的不同色散。
第一組件A只需是一常規(guī)的的一階PMD補(bǔ)償器，例如微分光學(xué)延遲線，在此，兩正交偏振經(jīng)歷不同的光學(xué)延遲(一階色散)。微分延遲線可由一偏振控制器20A、一偏振光束分裂器21A、一延遲元件22A和一偏振光束組合器23A構(gòu)成。反射鏡24A和25A可將被分裂的光束導(dǎo)向它們適當(dāng)?shù)耐贰Ｆ窨刂破?0A旋轉(zhuǎn)偏振以使得來(lái)自光纖的以較快速度傳輸?shù)钠穹至勘粚?dǎo)入到補(bǔ)償器的慢速通路，而來(lái)自光纖的以較慢速度傳輸?shù)钠穹至窟M(jìn)入補(bǔ)償器的快速通路。正如H.Sunnerud等人在Journalof Lightwave Technology，2002年卷20，2204-2219頁(yè)中所描述的那樣，選擇延遲元件22A使之補(bǔ)償在中心載波頻率ω0處的偏振色散，或使之補(bǔ)償在期望的帶寬(例如，信號(hào)的帶寬)上的平均值 F.Heismann等人在1998年529-530頁(yè)的Proceedings of the European Conference on OpticalCommunication中進(jìn)一步詳細(xì)描述了常規(guī)的一階PMD補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)和操作。一微分光學(xué)延遲線同樣可以通過(guò)在兩個(gè)偏振通路上安置延遲來(lái)構(gòu)造，只要光學(xué)延遲不同就可以。正如T.Takahashi等人在1994年卷30，348-349頁(yè)的Electronics Letters，中描述的那樣，作為另一選擇，一個(gè)一階PMD補(bǔ)償器也可由一個(gè)后接有一段偏振維持(PM)光纖的偏振控制器構(gòu)成。
第二組件B為一二階PMD補(bǔ)償器，它依照PMD向量項(xiàng)對(duì)于頻率的斜率 對(duì)PMD進(jìn)行補(bǔ)償。除了組件B提供二階微分色散，而不是提供微分延遲(一階色散)外，組件B可與組件A相類似。元件22B包括有一個(gè)或多個(gè)具有群速色散的元件，例如色散補(bǔ)償光纖或光纖布拉格光柵，用以提供部件B的微分群速度色散。如圖3和4所示，作為選擇，微分色散也可通過(guò)在兩條偏振通路上分別提供不同值的群速度色散(D1和D2)或者幅度相同但符號(hào)相反的群速度色散(+|D|和-|D|)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在有些情況下，特別是對(duì)于圖2和3所示的技術(shù)實(shí)現(xiàn)中，有可能需要在PMD補(bǔ)償器后面增加一(不依賴于偏振的)群速色散補(bǔ)償器，用以補(bǔ)償由PMD補(bǔ)償器加入的任何普通的、(不依賴于偏振的)群速度色散。請(qǐng)注意對(duì)于部件A微分延遲的緊湊的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的模擬看起來(lái)對(duì)于部件B也是可能的。例如，這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)將需要一根對(duì)于兩正交偏振具有不同群速色散的光纖。
第三補(bǔ)償器C為一個(gè)三階PMD補(bǔ)償器，它依照在載波頻率處的PMD向量相對(duì)于頻率的二次偏導(dǎo) 對(duì)PMD進(jìn)行補(bǔ)償。三階PMD補(bǔ)償器可以類似于部件B，具有包括一個(gè)或多個(gè)色散斜率元件的元件22C。類似于部件B，可通過(guò)在兩條偏振通路上分別提供不同值的色散斜率或者大小相同但符號(hào)相反的色散斜率來(lái)提供微分色散斜率。而且在有些情況下，為了補(bǔ)償任何共有的、由PMD補(bǔ)償器加入的(與偏振無(wú)關(guān)的)色散斜率，需要在PMD補(bǔ)償器之后增加一個(gè)(與偏振無(wú)關(guān)的)色散斜率補(bǔ)償器，。
多階補(bǔ)償器13可利用固定的或可調(diào)的微分延遲和色散元件來(lái)補(bǔ)償圖1的系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)各個(gè)補(bǔ)償階項(xiàng)調(diào)節(jié)各個(gè)偏振控制器，可迫使發(fā)出的偏振狀態(tài)與光纖傳輸鏈路和PMD補(bǔ)償器組合系統(tǒng)的同階項(xiàng)的主要偏振態(tài)相對(duì)準(zhǔn)。這種方法減少了控制信號(hào)的數(shù)量，且不需要可調(diào)的微分延遲或色散。如果微分延遲和色散元件是可調(diào)的，就能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)PMD補(bǔ)償?shù)淖罴鸦?br> II.理論和實(shí)例偏振模式色散為一由光纖雙折射而引起的傳輸衰減。在光纖制造過(guò)程中產(chǎn)生的小的缺陷和/或施加在光纜中的光纖上的應(yīng)力引起了雙折射軸沿光纖長(zhǎng)度的隨機(jī)變化。對(duì)于一階項(xiàng)(即信號(hào)帶寬很小時(shí))，在光纖輸出端，存在著被稱為偏振主態(tài)(principal states ofpolarization(PSP))的兩個(gè)正交偏振態(tài)之間的微分群延遲(DGD)。在直接檢測(cè)的接收器中，以兩個(gè)偏振主態(tài)(PSP)準(zhǔn)直了的強(qiáng)度相加在一起，導(dǎo)致了脈沖的變寬和碼間干擾。PMD通常用PMD向量τ→=Δτp^]]>來(lái)描述，其中Δτ為微分群延遲(DGD)，單位向量 取較慢的那個(gè)偏振主態(tài)(PSP)的方向。對(duì)于一階PMD，Δτ和 被假設(shè)為在一信號(hào)帶寬上為常數(shù)。
在某些情況下，信號(hào)帶寬Δω比主態(tài)的帶寬ΔωPSP要大，即Δω＞ΔωPSP＝π/(4Δτ)，其中Δτ為光纖的平均微分群延遲(DGD)，主態(tài)帶寬的定義為在該帶寬上，PMD向量τ→=Δτp^]]>合理地為常數(shù)。然后，我們需要考慮高階的PMD，它描述了因波長(zhǎng)以及因偏振主態(tài)(PSP)的方位隨波長(zhǎng)的改變而造成的微分群延遲(DGD)的變化。因高階的偏振模色散而產(chǎn)生的系統(tǒng)損傷要比簡(jiǎn)單的脈沖分裂復(fù)雜得多。利用PMD向量在載波頻率ω0附近的泰勒級(jí)數(shù)的普通的展開(kāi)式，τ→(ω0+Δω)=τ→(ω0)+τ→ω(ω0)Δω+......,]]>所謂的二階PMD可用具有兩項(xiàng)的導(dǎo)數(shù)τ→ω=dτ→dω=Δτωp^+Δτp^ω]]>來(lái)描述。在這個(gè)表達(dá)式中，平行于一階PMD向量的第一項(xiàng)是微分群延遲隨波長(zhǎng)的變化，它引起與偏振有關(guān)的色散(PCD)，導(dǎo)致了與偏振有關(guān)的脈沖壓縮和展寬。光纖的色散發(fā)生與偏振相關(guān)的變化是已經(jīng)被理解的。第二項(xiàng) 描述了偏振主態(tài)(PSP)怎樣隨頻率旋轉(zhuǎn)并被稱為PSP消偏振。由PSP消偏振引起的脈沖失真包括伴生脈沖的產(chǎn)生和跳增。PSP消偏振同樣對(duì)于一階PMD補(bǔ)償器具有有害的影響。研究已表明在色散、頻率掃動(dòng)(啁啾效應(yīng))及二階PMD之間具有復(fù)雜的互相影響?？赡芤?yàn)槎APMD的復(fù)雜性質(zhì)，雖然對(duì)于舊的嵌入式光纖的10Gb/s至40Gb/s的系統(tǒng)升級(jí)，這些高階的影響是非常重要的，為了解光纖中的三階或更高階的PMD的影響上至今所作的工作很少。
雖然PMD向量的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式定義了一階和更高階的PMD，但是，沒(méi)有給出高次PMD的影響在時(shí)間范疇上的簡(jiǎn)單的物理解釋。更準(zhǔn)確的講，該展開(kāi)式?jīng)]有給出一種用來(lái)對(duì)于每一個(gè)更高階的PMD，構(gòu)造出光纖的(頻率相關(guān)的)Jones矩陣的方法。H.Kogelnik，L.E.Nelson和J.P.Gordon最近在2003年的Journal of Lightwave Technology，卷21的482-495頁(yè)上已提出了一解決此問(wèn)題的方法。為了模擬光纖，我們采用在頻率上具有不同旋轉(zhuǎn)冪的Jones矩陣。對(duì)于二階模擬，正如Eyal等人在1999年的Electronics Letters卷35，1658-1659頁(yè)上首次提出的，將不同旋轉(zhuǎn)冪的兩部分連接在一起，連接起來(lái)的Jones矩陣為U＝U2U1。這里，U1和U2分別具有與頻率無(wú)關(guān)的旋轉(zhuǎn)軸 和 和形式為φ2(ω0+Δω)=k1Δω]]>和φ2(ω0+Δω)k2Δω2/2的旋轉(zhuǎn)角度。每個(gè)部分的旋轉(zhuǎn)冪用Δω的冪來(lái)表示?？梢钥闯鰡蝹€(gè)部分的PMD向量為τ→1(ω)=k1γ^1]]>和τ→2(ω)=k2γ^2Δω.]]>而且，利用U1(ω0)＝I，U2(ω0)＝I(I為單位矩陣)及PMD向量連接法則，在兩個(gè)部分連接的輸出處的PMD向量為τ→1(ω)=k1γ^1]]>(對(duì)于一階項(xiàng))和τ→2(ω)=k2γ^2]]>(對(duì)于二階項(xiàng))。請(qǐng)注意U2U1連接的三階PMD不為零，而且它涉及一階和二階PMD向量的向量積。
在Kogelnik等人的研究中，為了建立高階PMD影響的模擬，將這個(gè)二階模擬延伸到高階冪的旋轉(zhuǎn)。除了與頻率相關(guān)的旋轉(zhuǎn)角度為φn(ω0+Δω)＝knΔωn/n！，及每個(gè)旋轉(zhuǎn)元件皆有自己的與頻率無(wú)關(guān)的旋轉(zhuǎn)軸 外，旋轉(zhuǎn)元件與上面所略述的元件U1和U2是相似的。我們可以定義一旋轉(zhuǎn)矢量ρ→n=knγ^n,]]>它是一個(gè)刻畫(huà)了n次冪旋轉(zhuǎn)的Stokes矢量。這樣，每個(gè)旋轉(zhuǎn)部分的PMD矢量簡(jiǎn)單的成為τ→n(ω)=Δωn-1ρ→n/(n-1)!.]]>實(shí)際上，這些高冪次的旋轉(zhuǎn)元件的優(yōu)點(diǎn)在于在載波頻率(Δω＝0)下，它們僅包括一個(gè)階次的PMD，也就是說(shuō)，它們僅包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)的級(jí)次。換句話說(shuō)，它們?yōu)榧兊母唠A偏振模色散(PMD)元件。例如，在載波頻率下，U1部分僅包含一階PMD，而U2部分僅包含二階PMD。
正如Kogelnik等人的研究所顯示的，利用高次冪旋轉(zhuǎn)元件和高階PMD向量連接法則及Stokes矢量表示法ρ→n=knγ^n,]]>最近，對(duì)于光纖的偏振模色散(PMD)已構(gòu)建出直至第四階和六階的模擬。例如，圖5示出了四個(gè)元件的連接以建造出直至四階偏振模色散(PMD)的模擬。(請(qǐng)注意，U0表示一與頻率無(wú)關(guān)的偏振控制器。)利用這些高冪次的旋轉(zhuǎn)元件建立PMD的模擬的一個(gè)重要的方面在于，這些元件是物理上可以實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)元件是一個(gè)特定階次的微分色散。例如，U1表示一階項(xiàng)的微分色散，即微分群延遲(DGD)，U2表示微分群速度色散，而U3則表示微分色散的斜率等等。
本發(fā)明在這里關(guān)心的是利用上面描述的高冪次旋轉(zhuǎn)元件補(bǔ)償高階偏振模式色散。因?yàn)镻MD可以用這些高冪次的旋轉(zhuǎn)元件模擬(或仿真)，該P(yáng)MD同樣可用這些元件來(lái)補(bǔ)償。直至一特定階次的PMD的影響是通過(guò)利用固定的或者可調(diào)的微分色散元件來(lái)補(bǔ)償?shù)摹?br> 例如，如果已知要被補(bǔ)償?shù)?光纖的，系統(tǒng)的，等等)的偏振模式色散(PMD)是直至三階項(xiàng)的是，(即τ→(ω0),τ→ω(ω0),τ→ωω(ω0)]]>是已知的)，光纖可由圖6所示的高冪次的旋轉(zhuǎn)度元件模擬，其中下標(biāo)i表示旋轉(zhuǎn)階次。前面已顯示ρ→1=τ→(ω0),ρ→2=τ→ω(ω0),ρ→3=τ→ωω(ω0)+τ→(ω0)×τ→ω(ω0),]]>然而 為一與頻率無(wú)關(guān)的旋度，且不是必須被補(bǔ)償?shù)摹Ｈ缓?，如圖7所示，我們可在光纖后放置一由高冪次旋轉(zhuǎn)度元件 構(gòu)成的補(bǔ)償器。
為了找出用來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的偏振模式色散的 和 值，我們利用下列等式，在上面圖表中從補(bǔ)償器的輸出向后到 的輸入將所有六個(gè)部分鏈接起來(lái)(我們因?yàn)椴恍枰a(bǔ)償光纖偏振態(tài)的、由 表示的任何與頻率無(wú)關(guān)的旋轉(zhuǎn))。
對(duì)于一階PMDτ→s=τ→sn+RnTτ→s(n-1)]]>對(duì)于二階PMDτ→s′=τ→sn′+RnT′τ→s(n-1)+RnTτ→s′(n-1)]]>對(duì)于三階PMDτ→s′′=τ→sn′′+RnT′′τ→s(n-1)+2RnT′τ→s′(n-1)+RnTτ→s′′(n-1)]]>(這里，用符號(hào)′(primes)而不是下標(biāo)ω來(lái)表示微分。在R矩陣上的上標(biāo)T實(shí)際上應(yīng)該是一表示共軛變換的“劍形符號(hào)”)圖8是一RT的導(dǎo)數(shù)表。利用這些連接法則和圖8中所列出的在載波頻率ω0處對(duì)于不同旋轉(zhuǎn)度的RT的導(dǎo)數(shù)，我們可以朝向光纖輸入端進(jìn)行逐次的迭代，得到不同部分的所有PMD向量的和。
在 的輸入τ→s=η→1]]>τ→s′=0]]>τ→s′′=0]]>在 的輸入τ→s=η→1]]>τ→s′=η→2]]>τ→s′′=-η→2×η→1]]>在 的輸入τ→s=η→1]]>τ→s′=η→2]]>τ→s′′=η→3-η→2×η→1]]>在 的輸入τ→s=η→1]]>τ→s′=η→2]]>τ→s′′=ρ→3+η→3-η→2×η→1]]>
在 的輸入τ→s=η→1]]>τ→s′=ρ→2+η→2]]>τ→s′′=ρ→3+η→3-η→2×η→1-ρ→2×η→1]]>最后，在 的輸入τ→s=ρ→1+η→1---(1)]]>τ→s′=ρ→2+η→2-ρ→1×η→1---(2)]]>τ→s′′=ρ→3+η→3-η→2×η→1-ρ→2×η→1-2ρ→1×(ρ→2+η→2)+(ρ→1×)2η→1---(3)]]>等式(1-3)將被用于下面的例子中來(lái)決定補(bǔ)償元件 所需的值。
例1利用固定的微分色散元件補(bǔ)償至一特定階項(xiàng)的PMD由T.Takahashi等人在1994年的Electronics Letters(卷30，348-350頁(yè))]和F.Roy等人在1999年的Proceeding of Optical Fiber CommunicationsConference(paper TuS4卷1，275-277頁(yè))建議的補(bǔ)償一階PMD的一種方法為在系統(tǒng)輸出端，采用一偏振控制器(PC)和固定的微分群延遲元件(例如，一段長(zhǎng)度的保偏光纖)。通過(guò)調(diào)節(jié)該偏振控制器，整個(gè)系統(tǒng)(傳輸鏈路+補(bǔ)償器)的一次PMD向量可被強(qiáng)制地調(diào)準(zhǔn)成與發(fā)射到傳輸鏈路的偏振對(duì)準(zhǔn)。從而，發(fā)射偏振為整個(gè)系統(tǒng)(鏈路+補(bǔ)償器)的偏振主態(tài)。這種補(bǔ)償器的操作很好理解，且已在大量的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)用現(xiàn)場(chǎng)中進(jìn)行了試驗(yàn)。
如圖7所示，此例使用了高冪次旋轉(zhuǎn)度元件的概念方案(也就是說(shuō)，等式1-3)且將使用固定補(bǔ)償元件的想法延伸到用以補(bǔ)償高階PMD。該補(bǔ)償器由被偏振控制器分隔開(kāi)的固定的微分色散元件構(gòu)成。主要地，我們希望強(qiáng)制偏振的發(fā)射狀態(tài)對(duì)準(zhǔn)由傳輸鏈路和用于各階次偏振模式色散的PMD補(bǔ)償器的結(jié)合在一起的軸rn。
例如，從等式(1)，我們希望輸入偏振 與τ→s=ρ→1+η→1]]>對(duì)準(zhǔn)，這意味著as^in=τ→s=ρ→1+η→1---(4)]]>其中a為一標(biāo)量常數(shù)。如果 是已知的，且 的大小是固定的，偏振控制器能使 的方向被調(diào)節(jié)成符合等式(4)。
類似地從等式(2)，我們希望將 與 對(duì)準(zhǔn)，這意味著bs^in=τ→s′=ρ→2+η→2-ρ→2×η→1---(5)]]>其中b為一標(biāo)量常數(shù)。這里， 和 是已知的(并且是固定的)，而 的方向能被調(diào)節(jié)成等式(5)。
最后，從等式(3)，我們希望 與 對(duì)準(zhǔn)，這意味著cs^in=τ→s′′=ρ→3+η→3-η→2×η→1-ρ→2×η→1-2ρ→1×(ρ→2+η→2)+(ρ→1×)2η→1---(6)]]>其中c為一標(biāo)量常數(shù)。這里，ρ→1,ρ→2,ρ→3,|η→1|,|η→2|]]>和 是已知的(并且是固定的)，而 的角度能被調(diào)節(jié)成符合等式(6)。
請(qǐng)注意等式(4)和(5)表示PMD的高階項(xiàng)并不進(jìn)入低階PMD補(bǔ)償?shù)臈l件。這種設(shè)置補(bǔ)償器的方法意味著高階項(xiàng)的設(shè)置不影響先前已作好的低階設(shè)置，這就使得補(bǔ)償器能比較容易地實(shí)現(xiàn)并控制。這意味著在補(bǔ)償器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，設(shè)置 和 值的算法能簡(jiǎn)單地通過(guò)首先調(diào)節(jié) 接著調(diào)節(jié) 然后調(diào)節(jié) 來(lái)完成。如果對(duì)于不同階次的PMD向量信息是由監(jiān)視器直接提供的，該算法應(yīng)不需要在調(diào)節(jié) 之前(在調(diào)節(jié)了 和 之后)再跳回去調(diào)節(jié) 圖9顯示了這些固定式微分色散元件中的一個(gè)的基本實(shí)現(xiàn)。
圖10顯示了由等式(4-6)描述的向量關(guān)系圖。請(qǐng)注意，為每個(gè)階次定義了一個(gè)平面。同樣要注意的是，為了容易操作，我們應(yīng)選擇|η→1|>|ρ→1|]]>(即一階旋轉(zhuǎn)元件的DGD應(yīng)當(dāng)比想要補(bǔ)償?shù)淖畲蟮腄GD要大)。同樣，|η→2|>|ρ→2-ρ→1×η→1|]]>(即二階補(bǔ)償元件的微分色散應(yīng)當(dāng)比想要補(bǔ)償?shù)淖畲蟮亩APMD要大)，而且，|η→3|>|ρ→3-η→2×η→1-ρ→2×η→1-2ρ→1×(ρ→2+η→2)+(ρ→1)2η→1|,]]>(也就是說(shuō)，三階補(bǔ)償元件的微分色散斜率應(yīng)當(dāng)比想要補(bǔ)償?shù)淖畲蟮娜APMD要大)要注意的是，通過(guò)加入具有四階和更高階的頻率旋轉(zhuǎn)度的元件(即， 其中m≥4)，本發(fā)明能被延伸用來(lái)補(bǔ)償比三階更高的PMD。
例子2利用可調(diào)式微分色散元件補(bǔ)償至一特定階次的PMD作為例子1中描述的固定式微分色散元件的另一種可供選擇的實(shí)施例，補(bǔ)償元件 和 可被做成完全可調(diào)的、且可設(shè)置成滿足等式(4-6)的。為了使 和 完全可調(diào)(這里，ηn→=knγ^n]]>且與頻率相關(guān)的旋轉(zhuǎn)角為φn(ω0+Δω)＝knΔωn/n！)，高階旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)軸 和(kn)的大小必須是可調(diào)的。這可利用特定階次的可調(diào)式微分色散元件間的偏振控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)使用。然而，雖然這種選擇的實(shí)施例比例1中的實(shí)施例需要更多的用于補(bǔ)償器的控制信號(hào)，卻能實(shí)現(xiàn)PMD補(bǔ)償?shù)淖罴鸦?。例如，完全可調(diào)式微分色散元件使由PMD補(bǔ)償器產(chǎn)生的不希望的高階PMD最小化。
對(duì)于 可采用標(biāo)準(zhǔn)的微分延遲元件例如光學(xué)-機(jī)械延遲線(見(jiàn)F.Heismann等人在1998年的Proceedings of European Conference on OpticalCommunication卷11，第529頁(yè)文)、非線性啁啾效應(yīng)PM光纖布拉格光柵(見(jiàn)S.Lee等人在1999年P(guān)roceddings of Optical Fiber CommunicationsConference，paper TuS3文)或帶有可開(kāi)關(guān)半波片和全波片的PM光纖段(見(jiàn)D.Sobiski等人在2001年的Electronics Letters卷37第46-48文)。
對(duì)于 使用了一種可調(diào)群速率色散元件，而不是延遲元件。該可調(diào)色散元件可為具有光柵熱調(diào)諧的啁啾效應(yīng)的光纖波拉格光柵(見(jiàn)B.Eggleton等人在IEEE Photonics Technology Letters卷11，854-856頁(yè)文)和一光學(xué)循環(huán)器。另一種實(shí)現(xiàn)包括一具有可調(diào)色散的虛擬成像相位陣列(見(jiàn)M.Shirasaki等人在2000年P(guān)roceedings of European Conference onOptical Communication，post-deadline paper 2.3中的文章)，或使用環(huán)形諧振器的可調(diào)全通濾波器(見(jiàn)C.Madsen等人在1999年IEEE PhotonicsTechnology Letters，卷11，1623-1625頁(yè)上的文章)。另一種實(shí)現(xiàn)包括可調(diào)的(可調(diào)節(jié)的)高階模色散補(bǔ)償器，正如S.Ramachandran等人在2002年的Proceedings of European Conference on Optical Communication，paperPD2.6中提出的那樣。要注意的是需要注意消除任何這些元件的微分群延遲。
對(duì)于 需要可調(diào)的色散斜率元件。這些元件可在可調(diào)布拉格光柵中實(shí)現(xiàn)，該光柵被頻率掃動(dòng)到二階以產(chǎn)生色散斜率?？墒褂萌魏尉哂锌烧{(diào)色散斜率的元件。同樣，要注意消除這些元件的任何微分群延遲或微分色散。
再次需要指出的是通過(guò)加入具有四階或更高階的頻率旋轉(zhuǎn)的元件(即 其中m≥4)，本發(fā)明可延伸來(lái)補(bǔ)償比三階更高階的PMD。
現(xiàn)在可以看出，在第一方面，本發(fā)明包括一光纖傳輸系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括一在包括載波頻率ω0的頻率范圍內(nèi)的光源；一用于傳輸光的光纖傳輸通路，該通路遭受有不希望的偏振模式色散(PMD)；及一用于減少PMD的偏振模式色散補(bǔ)償器。該補(bǔ)償器包括多個(gè)補(bǔ)償元件，每個(gè)不同的補(bǔ)償元件被構(gòu)造和配置成用于補(bǔ)償在ω0處PMD的逐次增高的階項(xiàng)。例如，多個(gè)補(bǔ)償元件的第一個(gè)補(bǔ)償在ω0處的PMD向量 第二個(gè)補(bǔ)償元件補(bǔ)償在ω0處的PMD向量相對(duì)于頻率的斜率 第三個(gè)補(bǔ)償元件可以補(bǔ)償PMD相對(duì)于頻率的斜率隨頻率變化的速度 另一方面，本發(fā)明也包括上面所描述的PMD補(bǔ)償器。在一有利的實(shí)施例中，PMD補(bǔ)償器的每個(gè)元件包括一偏振光束分裂器，用于將一光束的偏振分量在兩條通路間分束；一個(gè)位于其中一通路上的延遲或色散元件；及一用于將偏振分量重新組合的偏振組合器，。如上所述，延遲或色散元件可以是固定的也可以是可調(diào)的，從而導(dǎo)制具有固定或可調(diào)的微分延遲或色散的補(bǔ)償元件。
已經(jīng)提出了幾種用于PMD補(bǔ)償器的監(jiān)控技術(shù)，它能提供關(guān)于光纖的PMD或者信號(hào)因PMD而引起的失真的不同信息。這些監(jiān)控器的例子包括RF光譜監(jiān)控(見(jiàn)Takahashi等人1994年)，RF功率(見(jiàn)H.Bulow等人1999年，Proceedings of European Conference on Optical Communication卷2，138-139頁(yè))，肉眼監(jiān)控(見(jiàn)H.Bulow等人2000年P(guān)roceedings ofEuropean Conference on Optical Communication，卷3，.209-210頁(yè))，以及偏振程度(Roy等人，1999年)。依賴于可從位于PMD補(bǔ)償器輸出的接收器和/或PMD檢測(cè)器得到的信息，前面所述的PMD補(bǔ)償器的部件(由偏振控制器和固定或可調(diào)的微分色散元件組成)可調(diào)節(jié)到減少不同階次的PMD的影響或簡(jiǎn)單地獲得傳輸信號(hào)的最佳性能(例如，最低的誤碼率)。后者可能需要偏振器或可調(diào)色散元件的抖顫調(diào)諧。正如F.Buchali等人在2003年P(guān)roceedings of Optical Fiber Communications Conference卷1，262-264頁(yè)中描述的那樣，該方案已被用于其它類型的多級(jí)PMD補(bǔ)償器中，且對(duì)于上面所述的PMD補(bǔ)償器來(lái)說(shuō)可能是一種很有優(yōu)勢(shì)的方案，該P(yáng)MD補(bǔ)償器可為可以理解，上述的實(shí)施例僅為許多可代表本發(fā)明的典型應(yīng)用的可能特定實(shí)施例的少許例證性的實(shí)施例。例如，除了上面描述的那些之外，還可使用補(bǔ)償部件的其它階序，且依賴于其應(yīng)用可發(fā)現(xiàn)是有優(yōu)勢(shì)的。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可在不脫離本發(fā)明的精神和范疇下做出無(wú)數(shù)的各式各樣的其它實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種光纖傳輸系統(tǒng)，其包括一在包括載波頻率ω0的頻率范圍內(nèi)工作的光源，；一用于傳輸光的光纖傳輸通路，該通路遭受有不想要的偏振模式色散(PMD)；及一偏振模式色散補(bǔ)償器，用于減少PMD的影響，該補(bǔ)償器包括多個(gè)補(bǔ)償元件，每個(gè)不同的補(bǔ)償元件被設(shè)置得用以補(bǔ)償在ω0處PMD的逐階增高的階項(xiàng)。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖傳輸系統(tǒng)，其特征在于多個(gè)補(bǔ)償元件中的一個(gè)補(bǔ)償在ω0處的PMD向量 另一個(gè)補(bǔ)償元件補(bǔ)償在ω0處PMD向量相對(duì)于頻率曲線的斜率
3.如權(quán)利要求2所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于另外一個(gè)補(bǔ)償元件補(bǔ)償PMD向量相對(duì)于頻率的斜率隨頻率變化的速度
4.如權(quán)利要求2所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于補(bǔ)償 的補(bǔ)償元件包括一微分光學(xué)延遲線。
5.如權(quán)利要求4所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于該微分光學(xué)延遲線為一段保偏光纖。
6.如權(quán)利要求2所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于補(bǔ)償 的補(bǔ)償元件包括一微分群速色散元件。
7.如權(quán)利要求6所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于用于補(bǔ)償 的微分色散元件的色散是由一色散補(bǔ)償光纖或一光纖布拉格(Brag)光柵提供的。
8.如權(quán)利要求6所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于微分群速色散元件為對(duì)于兩個(gè)正交偏振具有不同色散的一定長(zhǎng)度的光纖。
9.如權(quán)利要求3所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于補(bǔ)償 的補(bǔ)償元件包括一微分色散斜率元件。
10.一種偏振模式色散補(bǔ)償器，用于減少在包括ω0的頻率范圍內(nèi)被傳輸?shù)墓獾钠衲Ｊ缴?PMD)，其特征在于多個(gè)串聯(lián)的PMD補(bǔ)償元件，每個(gè)補(bǔ)償元件被設(shè)置得用以補(bǔ)償被表示成關(guān)于中心頻率的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式的PMD向量 的逐次增加的階項(xiàng)。
11.如權(quán)利要求8所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于一個(gè)元件補(bǔ)償 另一個(gè)元件補(bǔ)償 及一個(gè)另外的元件補(bǔ)償 其中 為在ω0處的 為 在ω0處的一階導(dǎo)數(shù)， 為 在ω0處的二次導(dǎo)數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于補(bǔ)償 的元件包括一偏振控制器和一段保偏光纖。
13.如權(quán)利要求11所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于補(bǔ)償 的元件包括一偏振控制器和一段對(duì)于兩個(gè)正交偏振分量具有不同色散的光纖。
14.如權(quán)利要求11所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于每個(gè)元件包括一偏振光束分裂器，用于將光束的偏振分量在兩條通路間分束，此兩通路具有特定階項(xiàng)的不同的色散；一偏振光束組合器，用于將偏振分量重新組合；及一偏振控制器，用于與在偏振光束分裂器之前將光束的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)。
15.如權(quán)利要求14所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于在偏振光束分裂器之后的一條通路上具有一特定階次的色散的元件，而在另一條通路上沒(méi)有色散元件。
16.如權(quán)利要求14所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于偏振光束分裂器之后的通路各自有具有一特定階次色散的元件，且其色散值是不同的。
17.如權(quán)利要求14所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于偏振光束分裂器之后的通路各自有具有一特定階次色散的元件，且色散具有相同的大小但是相反的符號(hào)。
18.如權(quán)利要求14所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于具有特定階次色散的元件具有可調(diào)的色散。
19.如權(quán)利要求14所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于具有特定階次色散的元件具有固定的色散。
20.如權(quán)利要求16所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于具有特定階次色散的元件具有可調(diào)的色散。
21.如權(quán)利要求16所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于具有特定階次色散的元件具有固定的色散。
22.如權(quán)利要求17所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于具有特定階次色散的元件具有可調(diào)的色散。
23.如權(quán)利要求17所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于具有特定階次色散的元件具有固定的色散。
24.如權(quán)利要求11所述的偏振模式色散補(bǔ)償器，其特征在于進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)附加的補(bǔ)償元件，用于補(bǔ)償PMD向量的一個(gè)或多個(gè)在階上比三階項(xiàng)更高的階項(xiàng)。
全文摘要
依照本發(fā)明，提供了一種具有在高比特率和跨越一頻率范圍上提供增強(qiáng)的補(bǔ)償?shù)亩啻蜳MD補(bǔ)償器的光纖傳輸系統(tǒng)。特別地，PMD由一系列鏈接的元件補(bǔ)償，每個(gè)元件被設(shè)置得用于補(bǔ)償PMD的泰勒級(jí)數(shù)近似值的逐次增加的階項(xiàng)的影響。更佳地，每個(gè)元件包括一偏振控制器和一特定階次的微分色散元件。在一示例中，一階微分色散元件可為一標(biāo)準(zhǔn)微分群延遲(DGD)元件。二階元件可為一微分群速色散元件，而三階元件可為微分色散斜率元件。在不同的實(shí)施例中，這些不同的階次的微分色散元件可以是固定的或者是可調(diào)的。
文檔編號(hào)G02B6/34GK1654999SQ20041004235
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2004年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月21日
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