CN101523252A - 用于形成具有正交偏振光信道的wdm信号的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于形成具有正交偏振光信道的WDM信号的装置的实施例。利用使用非偏振保持部件形成的光信道，该装置选择性地控制每个光信道的偏振态(SOP)。

Description

用于形成具有正交偏振光信道的WDM信号的装置
背景
本发明的实施例通常涉及光传输系统。具体地，本发明的实施例涉及用于形成具有光纤传输系统的正交偏振光信道的波分复用(WDM)信号的装置。
现代的光纤传输系统利用波分复用(WDM)技术通过单模光纤传输多个光信道。然而，光纤内的非线性传输效应会在相邻光信道间引起相互作用，从而限制这类系统的性能。
在WDM系统内，通过采用成对的正交偏振光信道可以减小交叉信道的干扰，如在2000年10月17日授权的共同受让美国专利号6,134,033和2002年10月1日授权的共同受让美国专利号6,459,515B1中所描述的，这些专利的所有内容被引入这里作为参考。这些系统采用偏振保持部件以及偏振保持光纤。目前而言，这些部件和光纤都是很昂贵的，并且有些部件和光纤(例如偏振保持色散补偿光纤)并不能很容易地得到。
因此，在现有技术中就需要一种用于形成具有光纤传输系统的正交偏振光信道的WDM信号的改进装置。
发明概述
本发明的实施例通常涉及用于形成具有光纤传输系统的成对正交偏振相邻光信道的WDM信号的装置，其中单个光信道路径包括非偏振保持部件和偏振态(SOP)控制器。
在一个实施例中，该装置使用波长多路复用器、宽带功率分配器以及偏振分配器，将每个都具有动态偏振控制器的单个光信道组合成WDM信号。宽带功率分配器分接(tap)WDM信号的一部分用作反馈信号。来自在WDM反馈路径中定位的偏振分配器的每个输出进一步被耦合到奇数信道或偶数信道波长多路分解器。来自该奇数信道或偶数信道多路分解器的单个信道反馈信号被用来控制各个光信道的偏振控制器。工作时，通过每个反馈信号的功率电平控制，相邻光信道被保持为成对正交的偏振态。
在另一个实施例中，该装置包括波长多路复用器件，其用来将每个都具有动态偏振控制器的奇数光信道组合成奇数信道WDM信号，和将每个都具有动态偏振控制器的偶数光信道组合成偶数信道WDM信号。然后每个WDM信号被耦合到在其至少一个输出端具有偏振保持光纤(PMF)的偏振分配器。来自该两个偏振分配器中每一个的PMF输出被连接到一个偏振组合器的偏振保持输入光纤，该偏振组合器将奇数WDM信号和偶数WDM信号集成为复合成对的正交偏振WDM信号。来自每个偏振分配器的第二输出被耦合到奇数信道或偶数信道波长多路分解器，该奇数信道或偶数信道波长多路分解器的输出向每个偏振控制器提供单个信道反馈。工作时，通过每个反馈信号的功率电平控制，复合WDM信号内的相邻成对正交偏振光信道被保持成恒定的功率。
附图的简要说明
为了详细了解本发明实施例中的上述特征，参考实施例作出更具体的描述，该描述在上文中被简要地概括，其中一些实施例被示出在附图中。然而，应当理解，附图仅是用来示出本发明的典型实施例，因而不应当被认为是对本发明范围的限制，因为本发明可以包括其他有效的实施例。在附图中：
图1是依照本发明一个实施例的WDM光纤传输系统的示意图；
图2是依照本发明一个实施例用于形成具有如图1所示的系统的正交偏振光信道的WDM信号的装置的示意图；
图3是依照本发明另一个实施例用于形成具有如图1所示的系统的正交偏振光信道的WDM信号的装置的示意图。
为了便于理解，在可能时，采用了相同的参考数字来指代附图中相同的元件。
详细描述
本发明的实施例通常涉及用于在光纤传输系统，如长距离海底或陆地光纤传输系统内形成具有成对正交偏振相邻光信道的波分复用(WDM)信号的装置。
在本发明的上下文中，术语“偏振态(SOP)”指的是光纤传输系统的光信道的载波波长的偏振方向，使用一个(或多个)WDM信号的系统称作“WDM系统”。以下，除适当时增加下标以区分专门的器件、路径以及信道外，这类系统中类似的器件、传输跨距以及光信道都使用相同的数字和/或字母标记来标明。
图1是依照本发明一个实施例的光纤传输系统100的高级示意图。如图所示，该系统100是WDM系统，其包括端点终端101和103，以及M个放大节点102，其中M是≥1的整数。使用光纤跨距104和108，节点102相互耦合，并耦合到终端101和103。每个这样的跨距分别包括多个传输光纤(例如约2～16或者更多单模光纤)110和108。
传输光纤传输WDM信号，该WDM信号包括N个成对的正交偏振光信道(例如，约8～128或更多个光信道)，其中N是整数。这里，为了举例的目的，N是偶整数。因而，在WDM信号内，相邻的光信道具有正交定向的SOP。典型地，光信道的载波波长在WDM信号的带宽内基本等距地设置。然而，本发明的实施例也可考虑具有非均匀信道间距的WDM信号。
在一个实施例中，终端101和103包括发送模块105和接收模块107，该两个模块与各自的传输光纤选择性相关联。端点终端(例如终端101)的发送模块105组合单个的光信道以形成具有正交偏振光信道的WDM信号，并调节(例如，放大、预加重(pre-emphasize)、光滤波、和/或色散补偿)WDM信号，并且将该信号发射进传输光纤(例如光纤1101)。该WDM信号被另一端点终端(例如终端103)的接收模块107(例如，经由光纤110M+1)接收，该另一端点终端对各个光信道类似地进行调节且有选择地解调。
图2是依照本发明的一个实施例，用于形成具有正交偏振光信道的WDM信号的装置200的示意图。该装置200是图1所示系统100的发送模块105的一部分。工作时，该装置200在输出端230处形成WDM信号，并输入到偏振分配器218。输入到偏振分配器218的WDM信号包括N个正交的偏振光信道，例如具有第一SOP的奇数信道(即信道1，3，5...(N-1))和具有与第一SOP正交的第二SOP的偶数信道(即信道2，4，6...N)。输出端230处的WDM信号也包括从该第一和第二正交SOP任意转换的N个正交的偏振光信道。
如图所示，该装置200包括多个具有第一SOP的K奇数光信道210，多个具有第二SOP的L偶数光信道220，波长多路复用器(MUX)214，宽带波长不敏感分配器216，偏振分配器218，波长多路分解器(DEMUX)209和212，以及多个光功率传感器207和208，其中L+K＝N。
在一个例举性实施例中，光信道210或220包括发送器(TR)，色散补偿器件(DCD)以及偏振控制器(PC)，其光输出耦合到MUX214的各个输入端。在所有的器件中，TR通常是光信号源，例如是用电光调制器(例如，LiNbO3 Mach-Zehnder调制器)在约2.5-40GHz处直接或间接调制的半导体激光器。相应地，DCD是在各个光信道的载波波长处具有色散确定量的光学器件，PC是能够无条件为信道的光信号确立合适SOP的电学可控器件。
参看图2，奇数信道的TR、DCD和PC分别标示为201、203和205。偶数信道的TR、DCD和PC分别标示为202、204和206。在装置200中，TR和DCD，以及将光信道的各个部件彼此连接并连接到MUX 214的光纤链路都是非偏振保持器件。
MUX 214被示出为N×1组合器，其将单个光信道的载波波长组合成在如图1所示的传输系统100内传播的WDM信号。在其他实施例中，MUX 214还可以包括至少一个光耦合器、光放大器和/或可变光学衰减器。在另一个实施例中，DCD 203、204可以是MUX 214的一部分。
在图示的实施例中，MUX 214包括用于WDM信号的N个输入端和输出端215。MUX 214的每个输入端都耦合到各个光信道210或220的PC的光输出端。输出端215通常耦合到宽带波长不敏感分配器216，然后耦合到发送模块105的光放大器(未示出)的输入光纤230，或者可替换地，耦合到在该模块处终结的光纤跨距(例如，跨距104或108)的其中一个传输光纤。宽带分配器216的输出端217耦合到偏振分配器218的输入端。
在反馈WDM信号内，偏振分配器218将与由该偏振分配器218确定的一组特定正交定向SOP对准的光信道分开。具体地，对应于具有第二SOP的光信道的WDM信号的一部分被送往输出端221，对应于具有第一SOP的光信道的WDM信号的一部分被送往输出端222。
分配器218的输出端221和222分别耦合到光信道210的DEMUX209和光信道220的DEMUX 212。具体地，DEMUX 209多路分解奇数信道210并选择性地输出每个多路分解出的奇数信道。DEMUX 212多路分解偶数信道220并选择性地输出每个多路分解出的偶数信道。在一个实施例中，每个DEMUX 209和212都包括多个滤光器(例如，限制器(slicer)、交织器及类似物)，这些滤光器将WDM信号的各个部分分解成单个窄带光信道。每个这样多路分解出的信道对应于WDM信号的其中一个光信道，并且被选择性地送往各个DEMUX的其中一个输出端。
DEMUX 209和212的输出端分别被光功率传感器207和208(例如，光电探测器及类似物)选择性地监控。传感器207和208产生反馈信号，这些反馈信号被耦合到相应光信道的偏振控制器(即，PC 205和PC 206)的控制输入端。工作时，反馈信号的功率与在分配器218输入端处光信道SOP偏离在221(信道210)处由分配器218确立的第一SOP、或在222(信道220)处由分配器218确立的第二SOP的程度成比例。
在发送模块105中，工作时，SOP的随机偏离可能是各种因素产生的结果，例如，温度波动、光纤和/或光学元件内的机械应力等。当施加在各个光信道的偏振控制器上时，反馈信号和控制算法会促使控制器消除该SOP与分配器218确定的SOP组的偏离。
例如，在2004年3月10日提交的共同受让美国专利申请号10/796,930中披露了适合的PC和控制算法，该申请的全部内容引入这里作为参考。具体地，这样的控制算法调节PC 205，以在221处将反馈路径中信道功率的量最小化，以及调节PC206以在222处将反馈路径中信道功率的量最小化，从而在偏振分配器218的输入端处促进信道210内的第一SOP、信道220内的第二SOP。
在装置200中，包括偏振分配器218、DEMUX 209和传感器207的控制环，以及包括偏振分配器218、DEMUX 212和传感器208的控制环，都在偏振组合器218的输入端处促进保持光信道210内的第一SOP、保持光信道220内的第二SOP。同样，工作时，由装置200形成并发射进光纤230的WDM信号还包括正交偏振的光信道。
图3是依照本发明的另一个实施例，用于形成具有正交偏振光信道的WDM信号的装置300的示意图。类似于上面参看图2描述的装置200，该装置300也可以是图1所示系统100的发送模块105的一部分。
如图所示，该装置300包括多个具有第一SOP的K奇数光信道210，多个具有第二SOP的L偶数光信道220，MUX 301和302，偏振分配器303和306，偏振组合器312，DEMUX 209和212，以及多个功率传感器207和208。
在一个实施例中，光信道210和220用K×1个MUX 301和L×1个MUX 302选择性地组合起来，然后输出到偏振分配器303和306。在其他实施例中，MUX 301和302中的每一个都还包括信道调节器件(例如，一个或多个光耦合器、光放大器、DCD和/或可变光学衰减器)。在另一个实施例中，DCD 203和204可以分别完全地包含在MUX 301和302内。
MUX 301和302分别输出具有多路复用的光信道210(MUX 301)和220(MUX 302)的信号，然后传送到偏振分配器303和306。在输入的多路复用信号中，偏振分配器303和306将具有第一和第二SOP的部分分开。如上面参看图2所述，工作时，各种因素(温度波动、光纤和/或光学元件内的机械应力等)会导致光信道(在输入端309或310之前)内的SOP产生随机变化。
通过将具有第二SOP的部分送往耦合到DEMUX 209的输入端上的输出端304，并将具有第一SOP的部分送往使用PMF耦合到偏振组合器312的输入端311上的输出端307，偏振分配器303将光信道210的输入的多路复用信号的各个部分分离开。相应地，通过将具有第一SOP的部分送往耦合到DEMUX 212的输入端上的输出端305，并将具有第二SOP的部分送往使用PMF耦合到偏振组合器312的输入端314上的输出端308，偏振分配器306将光信道220的输入的多路复用信号的各个部分分离开。
偏振组合器312将具有第一SOP(即光信道210)的部分与具有第二SOP(即光信道220)的部分组合成在如图1所示的系统100内传播的WDM信号。偏振组合器312的输出端可以耦合到发送模块105的光放大器(未示出)的输入光纤230上，或者可替换地，可以耦合到在该发送模块处终结的光纤跨距(例如，跨距104或108)的其中一个传输光纤上。
DEMUX 209和212选择性地多路分解奇数光信道210(DEMUX 209)和偶数光信道220(DEMUX 212)。同样地，在装置300中，具有很小光谱间隔(即，相邻信道的载波波长之间具有很小的差别)可以用高反馈信噪比(SNR)多路分解。在一个例举性实施例中，相邻信道之间的光谱间隔可以在约25～50GHz的范围内。
如上参看图2所述地，多路分解的光信道210和220用功率传感器207和208进行监控。来自于传感器207和208的反馈信号被用在控制算法中，类似于装置200的控制算法，并被导引用来将该反馈路径内与309或310处不需要的SOP成比例的功率最小化。
工作时，包括MUX 301、偏振分配器303、DEMUX 209和传感器207的控制环保持在光信道210内的第一SOP，包括MUX 302、偏振分配器306、DEMUX 212和传感器208的控制环保持在光信道220内的第二SOP。在使用MUX 301和302对光信道210和220多路复用之后，偏振分配器303和306将信道210和220引导到偏振组合器312，偏振组合器312将信道210和220集成为具有正交偏振光信道的WDM信号。
虽然上面的描述涉及的都是本发明的实施例，但是只要不脱离本发明的基本范围，可以为本发明设计出其他和更多的实施例，因此，本发明的范围由下面的权利要求所确定。

Claims (19)

1.一种不需要在发送器外使用偏振保持光纤、而形成具有正交偏振光信道的WDM信号的装置，该装置包括：
N×1波长多路复用器，用于组合第一多个光信道和第二多个光信道，该多路复用器具有适合于输出WDM信号的输出端，其中所述第一多个光信道中每一个信道的光信号具有第一偏振态(SOP)，所述第二多个光信道中每一个信道的光信号具有第二偏振态(SOP)；
宽带波长不敏感分配器，用于分接出WDM信号功率的一部分；
耦合到该宽带分配器的第一输出端的偏振分配器，该偏振分配器具有第一输出端，用于具有第二SOP的光信号，以及还具有第二输出端，用于具有第一SOP的光信号；
所述第一多个光信道的第一波长多路分解器，该多路分解器耦合到偏振分配器的第一输出端；
所述第二多个光信道的第二波长多路分解器，该多路分解器耦合到偏振分配器的第二输出端；
多个各自光信道的光功率的传感器，每个传感器耦合到各自光信道的偏振控制器的控制输入端；
其中第一SOP正交于第二SOP。
2.如权利要求1的装置，其中相邻的光信道具有正交定向的偏振态。
3.如权利要求1的装置，所述装置还包括与每个光信道相关联的源和偏振控制器。
4.如权利要求3的装置，其中每个所述源包括直接或间接调制的激光器或非调制激光源。
5.如权利要求1的装置，所述装置还包括与每个光信道相关联的色散补偿器件。
6.如权利要求1的装置，其中多路复用器包括至少一个选自以下组的器件，该组包括：波长组合器，波长不敏感耦合器，光放大器，可变衰减器以及色散补偿器件。
7.如权利要求1的装置，其中所述装置是WDM光学系统的一部分。
8.如权利要求7的装置，其中宽带分配器的第二输出端耦合到WDM光学系统的传输光纤。
9.一种形成具有正交偏振光信道的WDM信号的装置，包括：
第一多个光信道的第一波长多路复用器，其中所述第一多个光信道中每一个信道的光信号具有第一偏振态(SOP)；
耦合到第一多路复用器的输出端的第一偏振分配器，该分配器具有第一输出端，用于具有第二SOP的光信号，以及还具有第二输出端，用于具有第一SOP的光信号
所述第一多个光信道的第一波长多路分解器，该多路分解器耦合到第一分配器的第一输出端；
第一多个光信道的各自光信道的光功率的第一多个传感器，每个传感器耦合到各自光信道的偏振控制器的控制输入端；
第二多个光信道的第二波长多路复用器，其中所述第二多个光信道中每一个信道的光信号具有第二偏振态(SOP)；
耦合到第二多路复用器的输出端的第二偏振分配器，该分配器具有第一输出端，用于具有第一SOP的光信号，还具有第二输出端，用于具有第二SOP的光信号
所述第二多个光信道的第二波长多路分解器，该多路分解器耦合到第二分配器的第一输出端；
第二多个光信道的各自光信道的光功率的第二多个传感器，每个传感器耦合到各自光信道的偏振控制器的控制输入端；以及
偏振组合器，该偏振组合器具有使用偏振保持光纤耦合到第一偏振分配器的第二输出端上的第一输入端，使用偏振保持光纤耦合到第二偏振分配器的第二输出端上的第二输入端，以及用于输出WDM信号的输出端；
其中第一SOP正交于第二SOP。
10.如权利要求9的装置，其中相邻的光信道具有正交定向的偏振态。
11.如权利要求9的装置，所述装置还包括与每个光信道相关联的源和偏振控制器。
12.如权利要求11的装置，其中每个所述源包括直接或间接调制的激光器或非调制激光源。
13.如权利要求9的装置，所述装置还包括与每个光信道相关联的色散补偿器件。
14.如权利要求9的装置，其中每个多路复用器包括至少一个选自以下组的器件，该组包括：波长组合器，波长不敏感耦合器，光放大器，可变衰减器以及色散补偿器件。
15.如权利要求9的装置，其中所述装置是WDM光学系统的一部分。
16.如权利要求15的装置，其中偏振组合器的输出端耦合到WDM光学系统的传输光纤上。
17.一种形成WDM信号的方法，包括：
将至少第一多个光信道组合成集合信号；
将所述集合信号的第一部分多路分解成所述第一多个光信道，以提供多路分解的信道；
检测与每一个所述多路分解的信道相关联的光功率；
响应于与每一个所述多路分解的信道相关联的所述光功率，控制每一个所述多路分解的信道的偏振；
将所述集合信号的第二部分提供作为所述WDM信号的至少一部分。
18.如权利要求17的方法，其中所述第一多个光信道中每个信道的光信号具有第一偏振态(SOP)，其中所述方法还包括：
将第二多个光信道组合成所述集合信号，其中所述第二多个光信道中每个信道的光信号具有正交于所述第一SOP的第二SOP；
将所述集合信号的所述第一部分多路分解成所述第二多个光信道，以提供第二多路分解的信道；
检测与每一个所述第二多路分解的信道相关联的光功率；以及
响应于与每一个所述第二多路分解的信道相关联的所述光功率，控制每一个所述第二多路分解的信道的偏振。
19.如权利要求17的方法，其中所述第一多个光信道中每个信道的所述光信号具有第一偏振态(SOP)，其中所述方法还包括：
将第二多个光信道组合成第二集合信号，其中所述第二多个光信道中每个信道的光信号具有正交于所述第一SOP的第二SOP；
将所述第二集合信号的第一部分多路分解成所述第二多个光信道，以提供第二多路分解的信道；
检测与每一个所述第二多路分解的信道相关联的光功率；以及
响应于与每一个所述第二多路分解的信道相关联的所述光功率，控制每一个所述第二多路分解的信道的偏振；
将所述第二集合信号的第二部分提供作为所述WDM信号的至少一部分。
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