CN101174905A - 用于偏振模色散抑制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

用于偏振模色散抑制的系统和方法

相关申请的交叉引用

本发明涉及同时提交并共同转让的美国专利申请序列号No.11/585,659，其名称为“OPTICAL TRANSPONDERS WITH REDUCEDSENSITIVITY TO POLARIZATION MODE DESPERSION(PMD)ANDCHROMATIC DISPERSION(CD)”，其全部内容通过引用而结合于此。

技术领域

本发明一般地涉及光学系统，并特别涉及用于偏振模色散(“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。在长距离和超长距离的光纤上传播的光信号会遇到许多不同的障碍，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不能由单一参数(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”的一系列参数来表征。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：其测量信号的眼图参数——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

本发明涉及用于偏振模色散(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，经由光学线路传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；以及使用边带的光谱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谱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，一种偏振模色散(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。另一种偏振模色散(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，其中该组合器可操作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，一种偏振模色散(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振模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(λ/2)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；第二可调谐半波长(λ/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。另一种偏振模色散(PMD)抑制设备包括：偏振控制器，其可操作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操作用来补偿光学线路的差分群延迟(DGD)；以及组合器，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实施例可容易地用作修改或设计用于执行本发明相同目的的其它结构的基础。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提供，而无意作为本发明限制的限定。

附图说明

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；

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；

图2B是根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；

图3是根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；

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；

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；

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抑制系统的框图；

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；

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；

图9是根据本发明的一个示范性实施例的电光混合型PMD抑制系统的框图；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。

偏振模色散(“PMD”)是依赖偏振的传播延迟，其可以以一阶被测量为光学线路内最快和最慢传播偏振模之间的差分群延迟(“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反馈信号。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100。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1MHz)的偏振扰频器通过光通信线路传输该调制信号。当线路中没有DGD时，检测或输出信号的光谱包括调制频率处的单峰。然而，当存在DGD时，在调制频率的两侧(亦即在5GHz-1MHz和5GHz+1MHz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100，在步骤110中测量光信号的边带的光谱强度。在步骤115中，边带的光谱强度可用来确定光学线路的DGD。比如，如果Ω是调制频率(例如5GHz)而ω是扰频频率(例如1MHz)，则由检测器测量的强度等于：

I(t)＝I₀{sin²(ωt/2)cos[Ω(t+Δt)]+cos²(ωt/2)cos[Ω(t-Δt)]}，

其中Δt是线路的DGD。

另外，两个边带的光谱强度成比例于：

I(Ω±ω)＝I₀sin²(ΩΔt)/4

因此，对于小的DGD，边带的强度与Δt的平方成比例，或者更具体地说，

$I(\mathrm{\Ω}\±\mathrm{\ω})\≅I_0{(\mathrm{\π\Δt}/T)}^2$

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谱分量，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PRBS NRZ信号的光谱具有由sin(πf/f_c)/(πf/f_c)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f_c(Ω＝2πf_c))处的光谱分量消失。然而，对于“1”的长度周期与“0”的长度周期不同的任何实际信号，在f_c处都可发现光谱分量，且其可表达为：

I(t)＝I₁(t)+αcos(2πf_ct+)

其中I₁(t)是信号的余项(具有谱包络sin(πf/f_c)/(πf/f_c)且在f_c处没有光谱分量)，α和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信号的光谱能量相对低。

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来承载信息。为了避免使用专用的波长，可以使用在f_c(或f_c/2)处出现的寄生峰，即使该波长承载信息。典型地，在f_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(ΩΔt)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f_c/2分量可能是有用的。例如，在以40GB/s工作的网络中，对于大约25ps的DGD值，f_c/2分量消失。这样一来，由于在这种情况下仅当DGD为50ps时sin(ΩΔt)消失，所以还测量半频率f_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，经由光学线路传输光信号。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谱强度。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f_c/2)附近的光信号的光谱强度，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，在第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，可使用光信号的光谱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谱强度的相对变化，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DGDΔt)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：

$I_{\mathrm{out}}\left(t\right)=(1+b)I(t-\frac{\mathrm{\Δt}}{2})+(1-b)I(t+\frac{\mathrm{\Δt}}{2})$

其中b是系数。该信号的光谱可描述为：

I_out(ω)＝I(ω)[(1+b)exp(-iωΔt/2)+(1-b)exp(iωΔt/2)]＝2I(ω)[cos(ωΔt/2)-bisin(ωΔt/2)]

因而，光谱强度为：

$\left|I_{\mathrm{out}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|=2I\left(\mathrm{\ω}\right)\sqrt{{\cos }^2(\mathrm{\ω\Δt}/2)+{\sin }^2(\mathrm{\ω\Δt}/2)}$

并且，在时钟频率附近，例如：

$\left|I_{\mathrm{out}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|=\mathrm{\α\δ}(\mathrm{\ω}-2\mathrm{\π}{f}_c)\sqrt{{\cos }^2(\mathrm{\ω\Δt}/2)+{\sin }^2(\mathrm{\ω\Δt}/2)}$

其中α是常数而δ(x)是狄拉克δ(Dirac delta)函数。因此，当偏振定向在主偏振态之一(即b＝±1)时，时钟频率处的光谱具有最大值：

|I_out(ω)|＝αδ(ω-2πf_c)

同时，当b≠±1时此分量取得其对于Δt＝0(即对于零DGD)的最大值。光谱分量(在f_c或f_c/2处)的最大值对应于高品质信号——即，没有由DGD造成的失真。

时钟频率的相对变化可表达为：

$\mathrm{\η}\≡\frac{I(2\mathrm{\π}{f}_c,0)-I(2\mathrm{\π}{f}_c,\mathrm{\Δt})}{I(2\mathrm{\π}{f}_c,0)}=(1-b^2){\sin }^2\left(\mathrm{\π}\frac{\mathrm{\Δt}}{T}\right)$

其中T≡f_c ^-1是位的周期。因此，通过监视η，可估计DGDΔt。因而，系统校准的标准可以是η消失或被降低，或换句话说是I_out(2πf_c)被最大化。尽管此技术对测量相对较小的Δt值非常敏感，但其当Δt＝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f_c和f_c/2。另外，如本领域的普通技术人员容易从本公开所认识的，本方法的优点之一是不必知道α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收组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f_c(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载约2f_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使用。

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502-1-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进入PMD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。PMD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包括以级联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λ/2板630、第二双折射晶体635、第二可调谐λ/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本公开所认识的，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——即晶体-偏振控制器-晶体-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(YVO4)，其寻常和非常折射率之间的差约为10％，亦即|n₀-n_e|≈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公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可被做成是可调谐的——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(λ/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λ/2板630和640中的每一个可按两种模式中之一来操作：(1)作为90°偏振旋转器，或(2)作为透明薄膜——即全波长(λ)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YVO4的情况下，这些延迟分别对应于6毫米、12毫米和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|Δt|≤4ps。这样一来，使用附加的2ps晶体就可使分辨率改进4ps——即|Δt|≤2ps。另一种选择是挑选长度约是6毫米、12毫米和18毫米的晶体，在这种情况下达到仅±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，而多级发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 TOPOLARIZATION MODE DISPERSION(PMD)AND CHROMATICDISPERSION(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μW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进入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(YVO4)晶体的情况下，其中DGD抑制器800被设计用来抑制30±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毫米。

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900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901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)在被元件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902。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)在第一电信号到达模拟求和装置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本相同的功能或达到基本相同的结果。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。

Claims (31)

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(f_c)和调制频率的光信号；

对于从由f_c和f_c/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1所述的方法，其中，所述边带的光谱强度与DGD的正弦的平方成比例。

6.一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：

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谱强度的相对变化；以及

使用所述光信号的光谱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谱强度，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谱强度，来校准所述光学线路的差分群延迟(DGD)。

9.一种偏振模色散(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(f_c)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f_c和f_c/2组成的组中选择的频率；以及

RF检测器，其电耦合到所述RF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。

14.一种偏振模色散(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(f_c)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来从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来从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f_c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2f_c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λ/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λ/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操作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λ/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反射表面。

24.根据权利要求19所述的装置，进一步包括：

偏振模色散(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λ/2板之中至少一个的操作。

25.一种用于校正光学线路的偏振模色散(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。

28.一种偏振模色散(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操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操作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光检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，进一步包括调制器，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。

Images