CN107005310A - 用于偏分复用光传输的频谱反转检测 - Google Patents

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Abstract

本文中公开了一种用于偏分复用(PDM)传输的调制器(50)。调制器(50)包括：与第一和第二偏振相关联的第一和第二DP‑MZM(12、28)，每个DP‑MZM(12、28)具有用于同相驱动信号和正交驱动信号的输入端，所述同相驱动信号和正交驱动信号用于根据相应的传递函数来调制光信号的同相分量和正交分量；以及适合于检测光的检测器(58)，所述光包括由第一DP‑MZM(12)输出的至少一部分光和由第二DM‑MZM(28)输出的一部分光。调制器(50)适合于：将第一导频信号叠加在第一DP‑MZM(12)的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上以及第二DP‑MZM(28)的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上；以及将第二导频信号叠加在第一和第二DP‑MZM(12、28)的同相驱动信号和正交驱动信号中的相应另一者上。此外，选择第一和第二导频信号，使得由所述检测器(58)所检测的信号指示：针对第一和第二DP‑MZM(12、28)中的一者的同相分量和正交分量，传递函数的斜率是否不同，以及针对第一和第二DP‑MZM(12、28)中的另一者，传递函数的斜率是否相同。

Description

用于偏分复用光传输的频谱反转检测
技术领域
本发明属于光学数据传送技术的领域。更具体地，本发明涉及一种用于偏分复用(PDM)传输的调制器、一种包括所述调制器的光发射机和一种用于控制光发射机的方法。
背景技术
在图1中，示出了用于偏分复用(PDM)信号的常规调制器10的结构。图1的调制器10被设计成用于PDM正交调幅(QAM)。调制器10包括第一双平行马赫-曾德尔调制器(DP-MZM)12，所述第一DP-MZM包括：输入端14，其用于输入光载波；以及输出端16，其用于输出与第一偏振(下文中将其称为“H偏振”分量)相关联的QAM调制信号。在光输入端14的下游，DP-MZM12相应地分支成第一臂18和第二臂20，这两个臂在光输出端16处重新结合，由此形成在本公开中被称为“外MZM”的部分。
在所述外MZM的第一臂18和第二臂20中的每一者内，提供相应的第一“内”MZM 22和第二“内”MZM 24。第一内MZM 22包括用于施加第一驱动电压VHI以产生待传输光信号的H偏振同相分量sHI的电极(未示出)。换句话说，第一驱动电压VHI旨在根据基带信号的I分量来调制载波信号的沿外MZM的第一臂18传播的那部分。同样地，电极(未示出)与第二内MZM24相关联、用于施加第二驱动电压VHQ以产生光信号的H偏振分量正交分量sHQ。在第二臂20中，提供第一移相器26以便在经调制的信号的同相分量sHI与正交分量sHQ之间引入90°的期望移位，之后使I调制信号和Q调制信号在光输出端16处相组合。
调制器10进一步包括第二DP-MZM 28，所述第二DP-MZM具有与第一DP-MZM 12类似的结构且同样包括：光输入端14，其与第一DP-MZM 12的光输入端相同；光输出端30；以及第三臂32和第四臂34，其相应地包括第三内MZM 36和第四内MZM 38。在第四臂34中，提供另外的90°移相器40。在第二DP-MZM 28的光输出端30的下游，提供横向电/横向磁偏振模式转换器42，其使输出端30输出的光偏振到第二偏振(下文中称为“V偏振”)，其中H偏振和V偏振彼此正交。第三内MZM 36和第四内MZM 38各自具有用于相应地施加第三驱动电压VVI和第四驱动电压VVQ以相应地产生待传输的光信号的V偏振分量同相分量sVI和正交分量sVQ的电极(未示出)。两个正交偏振的光信号在偏振射束分裂器/组合器(PBS)44处相组合以输出组合信号。由于这个组合信号包括两个互相正交的偏振分量H和V，所以将这种传输方法称为“偏分复用”(PDM)。
第一至第四内MZM 22、24、36、38中的每一者在相应的DP-MZM12、28的相应臂18、20、32、34中展现出光信号的输出电场分量的相应驱动电压(即，VHI、VHQ、VVI或VVQ)与振幅之间的周期性的、理论上为正弦的传递函数(见图2)。如图2中所示，为确保输入与输出之间的一一对应性，在电压摆动区域范围内驱动内MZM 22、24、36、38，所述电压摆动区域至少不超过传递函数的周期的一半。驱动电压的摆动通常以偏置点为中心，所述偏置点为了正确操作应位于或至少接近于传递函数的零交叉点。图2示出了两个可能的偏置点A和B及驱动电压的相应摆动。由于驱动电压的目的是调制光信号，所以本文中也可将其称为“调制电压”。
在本领域中，已知用于随温度和时间的过去自动调节偏置电压和追踪传递函数趋势的几种偏置控制算法，诸如在P.S.Cho、J,B.Khurgin和I.Shpantzer的“Closed-loopbias control of optical quadrature modulator”(IEEE光电子学技术快报，第18卷，第21期，第2209页至2211页，2006年11月)和M.Sotoodeh、Y.BeauUeu、J.Harley和D.L.McGhan的“Modulator bias and optical power control of optical complex E-fieldmodulators”(IEEE光波技术杂志，第29卷，第15期，第2235页至2248页，2011年8月)中所公开的偏置控制算法。这些现有技术偏置控制算法经由光电二极管来监控每个相应MZM的光输出端。然而，由于所采用的光电检测器的抛物线特性，这些算法无法区别具有负传递函数斜率的偏置点(诸如，图2中的偏置点A)与具有正传递函数斜率的偏置点(图2中的偏置点B就是这种情况)，由此导致实际传递函数的符号的不确定性。
出于例证起见，让我们首先仅考虑H偏振，并假设预期的QAM信号的等效复基带表示是：
SH＝SHI+j·SHQ， (1)
其中j表示复数的虚部。进一步假设两个内MZM 22、24的偏置点具有正斜率，且光场sHI和sHQ相应地由对应的控制电压VHI、VHQ引起。然而，如果实际偏置点两者应具有负斜率，那么对于相同的控制电压VHI、VHQ来说，光信号s'H的H偏振分量(再次呈其复基带表示)将演变为：
S′H＝-SHI-j·SHQ. (2)
除了被旋转180°之外，这个信号s'H与sH一致。因此，传递函数的符号的不确定性将与整个光信道范围内的绝对信道相位的不确定性相组合，这可以在解调过程期间在接收器侧处得到无缝地补偿而不影响数据传输。
然而，如果HI和HQ分量的传递函数的斜率应具有相反的符号，那么除了可能的旋转之外，所得符号还展现出复共轭性，所述复共轭性在频域中对应于关于载波频率的所谓的“频谱反转”。例如，如果HI分量(即，属于第一内MZM 22)的传递函数在偏置点处应具有正斜率，而HQ分量(即，属于第二MZM 24)的传递函数应具有负斜率，那么实际传输信号s″H(即，针对相同的驱动电压VHI和VHQ在第一DP-MZM 12的输出端16处的光信号)将演变为：
其为预期信号sH的经旋转和复共轭型式。
频谱反转的现象(例如)描述在E.Jacobsen的“Handling Spectral inversion inBaseband Processing”(http://www.dsprelated.com/showarticle/51.php，2008年2月11日)中。用于针对无线电系统的情况的此类频谱反转的补偿方法描述在I.Horowitz、M.Ben-Ayun、E.Fogel的“A radio device with spectral inversion”(GB2282286(B)，1997年12月17日)中。
在所谓的“盲”或“非数据辅助”光传输的情况下，已知在完成解调之后在接收器处校正频谱反转。这(例如)描述在M.Knschnerov、F.N.Hauske、K.Piyawanno、B.Spinnler、M.S.Alflad、A.Napo-li和B.Lankl的“DSP for Coherent Single-Carrier Receivers”(光波技术杂志，第27卷，第16期，第3614页至3622页，2009年8月15日)中。这是有可能的，因为实际符号星座图拥有穿过IQ平面原点的反射对称且因此在复共轭下无变化。因此，在MZM处的频谱反转将预期的传输信号转化成基于相同符号星座图并且展现相同统计性质的另一个有效的传输信号。因此，可以在不对频谱反转的信号作任何修改的情况下应用盲解调过程。在解调之后，然后可以将所恢复(且有可能经复共轭)的噪音符号解映射到硬决策位，或在软决策前向纠错(EFC)的情况下解映射到软位。在这个阶段，然后可以检测和校正频谱反转。出于这个目的，可以(例如)利用以下事实：一般而言，位流被组织在帧结构中，其中独特字(UW)标志着每个帧的开始。帧检测器可连续搜索周期性UW，并且如果不能找到周期性UW，那么其发射帧丢失信号。这个警告可以用来触发对频谱反转的校正，在这种情况下可以在解映射之前通过对解调符号的复共轭来简单实施所述校正。
数据辅助光传输的情况(例如，如描述在M.Kuschnerov、M.Chouayakh、K.Piyawanno、B.Spinnler、E.de Man、P.Kainzmaier、M.S.Alfiad、A.Napoli、B.Lankl的“Data-aided Versus Blind Single-Carrier Coherent Receivers”(IEEE光电子学杂志，第2卷，第3期，第386页至403页，2010年6月)中)提出了更加困难的挑战。在数据辅助传输中，调制器将训练序列和/或参考符号嵌入到传输信号中，且解调器利用它们来估计进行正确解调所必需的参数，诸如信道响应及传输激光与接收激光之间的频率和相位差。与符号星座图相反，此类训练序列和参考符号在复共轭下并非无变化。因此，在数据辅助传输的情况下，将不得不在辅助解调之前校正频谱反转。一种针对此的可能的解决方案可类似于上文针对盲传输所描述的解决方案：可通过搜索训练序列或参考符号而在接收器处检测频谱反转，并在解调过程之前经由对已接收样本的复共轭来校正频谱反转(例如，以US 7,697,636B2中所描述的方式)。然而，出于下文中所解释的原因，这种方法无法轻松地应用于数据辅助光学PDM传输中(即，如果信号包括载运独立数据的两个偏振分量)。
PDM应用中的附加难度是由以下事实引起的：PDM系统的数据辅助信道估计优选地是借助于通过H偏振和V偏振所传输的相互正交的训练序列来执行的。虽然原则上可通过在抑制V时在H上传输训练序列、其后在抑制H时在V上传输训练序列来达成正交性，但是这将不具有带宽有效性并且还将产生传输功率的强烈变化，这从光信道的非线性方面来看是有害的。出于这个原因，在M Kuschnerov、M.Chouayakh、K.Piyawanno、B.-Spinnler、E.deMan、P.Kainzmaier、M.S.Alflad、A.Napoli、B.Lankl的“Data-aided Versus BlindSingle-Carrier Coherent Receivers”(IEEE光电子学杂志，第2卷，第3期，第386页至第403页，2010年6月)中，建议在H和V上同时传输两个正交的训练序列。可以(例如)经由循环移位从单一重复的恒幅零自相关(CAZAC)序列来获得这两个训练序列。
如果H和V传输信号两者生成有正确的极性，或两者被频谱反转，那么得以保留训练序列的正交性，因为如果两个原始序列是正交的，那么经复共轭的序列也是相互正交的。然而，如果只有一个偏振(即，H或V)被频谱反转，那么就丢失了所传输的训练序列之间的正交性。下文中将这种情形称为“不一致的频谱极性”。由于在这种情况下信号的H和V分量被混合，所以它们无法在解调之前加以个别地复共轭，而是将必须在发射机处进行校正。对于PDM数据辅助传输来说，将因此似乎有必要通过将已接收信号与预期的训练序列相比较而在接收器处检测频谱反转、然后在发射机处校正频谱反转。这种可能的方法将因此需要从接收器至发射机的反向信道，并因此遭受引导难度。
发明内容
本发明的潜在问题是提供一种用于以有效可靠的方式处理PDM光传输中的频谱反转问题的设备和方法。
这个问题是通过根据权利要求1的调制器、采用此类调制器的光发射机以及控制此类光发射机的方法来解决的。附属权利要求中定义了优选的实施方案。
本发明的调制器包括：与第一和第二偏振相关联的第一和第二双平行马赫-曾德尔调制器(DP-MZM)，每个DP-MZM具有用于同相驱动信号和正交驱动信号的输入端，所述同相驱动信号和正交驱动信号用于根据相应的传递函数来调制光信号的同相分量和正交分量；以及适合于检测光的检测器，所述光包括由第一DP-MZM输出的至少一部分光和由第二DM-MZM输出的一部分光。此外，光调制器适合于：
-将第一导频信号叠加在第一DP-MZM的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上以及第二DP-MZM的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上；以及
-将第二导频信号叠加在第一和第二DP-MZM的同相驱动信号和正交驱动信号中的相应另一者上。
本文中，选择第一和第二导频信号，使得可由检测器检测的信号能够指示：针对第一和第二DP-MZM中的一者的同相分量和正交分量，传递函数的斜率是否不同，以及针对第一和第二DP-MZM中的另一者，传递函数的斜率是否相同。
与上文所论述的现有技术相反，根据本发明，可以直接在发射机处而非在接收器处检测“频谱反转”(更准确地，检测“不一致的频谱极性”的出现)。出于这个目的，调制器适合：将第一导频信号叠加在第一DP-MZM的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上以及第二DP-MZM的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上；以及将第二导频信号叠加在第一和第二DP-MZM的同相驱动信号和正交驱动信号中的相应另一者上。本文中，选择第一和第二导频信号，使得可由上述检测器检测的信号能够指示：针对第一和第二DP-MZM中的一者的同相分量和正交分量，传递函数的斜率是否不同，以及针对第一和第二DP-MZM中的另一者，传递函数的斜率是否相同。因此，选择第一和第二导频信号，使得可由所述检测器检测的信号能够指示：是否正好一个偏振(即，H或V)被频谱性地反转，或换句话说，偏振之间是否存在“不一致的频谱极性”。如果检测到此类不一致的频谱极性，那么可以对第一或第二DP-MZM中的一者的输出信号执行复共轭，所述复共轭总是引起H和V传输信号两者均正确或两者均被频谱性地反转的情形。然后，此最终的不明确可以在接收器处得到解决。例如，在盲传输的情况下，可以借助于独特字(UW)来检测频谱反转，并优选地在解调之后且在解映射之前校正频谱反转。在数据辅助传输的情况下，对频谱反转的检测依赖于训练序列，且校正在于：在解调之前对两个接收的偏振执行共轭。
重要的是，不同于上文所论述的每项现有技术，在发射机处实施对“不一致的频谱极性”的检测和校正。这样，本发明使得即使在H和V偏振上同时传输相互正交的训练序列时仍能够实现实际数据辅助PDM传输，而不必依赖从接收器至发射机的反向信道。
优选地，选择第一和第二导频信号，以便在可由检测器检测的信号中引起拍频分量，所述拍频分量指示：不一致的频谱极性是否应用。本文中，第一和第二导频信号优选地为周期性信号(特定地，正弦信号)。
优选地，拍频分量的频率与第一和第二导频信号的频率有关。特定地，第一导频信号和第二导频信号的频率优选地至少是近似相同的，且拍频分量的频率准确地或基本上为第一和第二导频信号的频率的2倍。即使在二次定律光电检测之后，仍可以容易且可靠地检测拍频积。处于预定频率的拍频分量的优点是可以通过在检测的输出中搜索对应频率线来高度准确地检测到它。
优选地，从第一和第二导频信号的内积(即，其乘积的积分)为零的意义上说，它们是正交或至少是基本上正交信号。
在优选实施方案中，由第二DP-MZM输出的光经受偏振转换，特定地TE/TM偏振转换。在优选实施方案中，由第一DP-MZM输出的至少一部分光和由第二DP-MZM输出的至少一部分经偏振转换的光在组合输出端中相组合，特定地借助于偏振射束分裂器来组合。这样，可以产生偏分复用信号。
然而，由第一和第二DP-MZM输出并在检测器处被接收的这些部分的光优选地具有非正交偏振。根据一个实施方案，这通过将由第二DP-MZM输出的该部分的光在其发生偏振转换之前引导至检测器来实现。
然而，在一些实施方案中，两个DP-MZM可整合在单个部件中，所述单个部件不允许在其偏振转换之前分接DP-MZM的各输出端(且特定地，第二DP-MZM的输出端)。在这种情况下，可提供第二偏振射束分裂器以将组合输出的至少一部分分裂成不同偏振的第一分量和第二分量。然后，可将检测器布置成检测(例如)这些分量中的第一个。一般地，第一分量的偏振将包含第一和第二偏振(例如，上文所指的H偏振和V偏振)的线性组合。在这种情况下，检测器将因此仍检测包括以下两者的光：由第一DP-MZM输出的至少一部分光和由第二DP-MZM输出的一部分光。此外，如果选择导频信号以便引起拍频分量，那么这个拍频分量将仍是检测器可检测的。
只有在第一和第二分量的偏振应与第一和第二偏振精确一致的病态情况下，第一和第二DP-MZM的两个分量之间才不会出现干扰和拍频。为应付这种病态情况并保证检测器的灵敏度在这些条件下不消失，将上述检测器或另外的检测器布置成检测第一和第二分量的重叠。检测器优选地包括光电检测器，特定地用于检测接收到的光的强度的光电二极管。
本发明进一步提供一种光发射机，其包括：光源；根据上述其中一个实施方案的调制器，其用于偏分复用信号；以及控制单元，所述控制单元被配置成基于由调制器的检测器所检测的信号来确定：针对第一和第二DP-MZM中的一者的同相分量和正交分量，传递函数的斜率是否不同，以及针对第一和第二DP-MZM中的另一者，传递函数的斜率是否相同，并且如果被确定为是这种情况，那么调节所述调制器或所述调制器的输入使得第一和第二DP-MZM中的一者中的同相分量或正交分量中的一者的传递函数的斜率符号实际上或虚拟地被设置为相反。
本文中，控制单元优选地适合于通过在等效复基带中对第一或第二DP-MZM中的一者的输出信号执行复共轭来实际上或虚拟地将传递函数的符号设置为相反。可以纯粹数字化实施此复共轭，例如通过将其中一个DP-MZM的正交分量的驱动信号的符号设置为相反，或通过交换其中一个偏振的驱动信号的同相分量和正交分量。这是使传递函数的符号“虚拟地设置为相反”的示例，因为传递函数的符号并未实际上设置为相反，而是驱动信号的修改对光信号的影响与传递函数的符号变化的影响相同。
本发明进一步涉及一种控制光发射机的方法，所述光发射机包括用于偏分复用(PDM)传输的调制器，所述调制器包括与第一和第二偏振相关联的第一和第二双平行马赫-曾德尔干涉仪(DP-MZM)，每个DP-MZM具有用于同相驱动信号和正交驱动信号的输入端，所述同相驱动信号和正交驱动信号用于根据相应的传递函数来调制光信号的同相分量和正交分量。所述方法包括以下步骤：
将第一导频信号叠加在第一DP-MZM的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上以及第二DP-MZM的同相驱动信号或正交驱动信号中的一者上，
将第二导频信号叠加在第一和第二DP-MZM的同相分量和正交分量中的相应另一者上，
检测光，所述光包括由第一DP-MZM输出的至少一部分光和由第二DM-MZM输出的一部分光，
从所检测的光确定：针对第一和第二DP-MZM中的一者的同相分量和正交分量，相应的传递函数的斜率是否不同，以及针对第一和第二DP-MZM中的另一者，相应的传递函数的斜率是否相同，以及
如果被确定为是这种情况，那么调节调制器或调节所述调制器的输入使得第一和第二DP-MZM中的一者中的同相分量或正交分量中的一者的传递函数的斜率符号实际上或虚拟地被设置为相反。
优选地，将第一和第二导频信号与偏置电压一起叠加在表示具有训练序列的数据信号的驱动信号上，其中对应于第一DP-MZM的训练序列和对应于第二DP-MZM的训练序列彼此正交。
附图说明
图1示出根据现有技术的用于偏分复用信号的调制器，
图2示出马赫-曾德尔调制器的传递函数，
图3示出根据本发明的实施方案的发射机，
图4示出根据本发明的另一个实施方案的发射机，以及
图5示出说明根据本发明的实施方案的方法的流程图。
具体实施方式
出于促进理解本发明的原理的目的，现将参考图中所说明的优选实施方案且将使用具体语言来描述所述实施方案。不过，应理解，并非由此旨在限制本发明的范围，如本发明所涉及的领域的技术人员现在和未来将通常想到，本发明涵盖在所说明的装置中的此类更改和进一步修改以及对如本文中所说明的本发明的原理的进一步应用。
图3示出根据本发明的实施方案的发射机46。发射机包括激光48、调制器50和控制单元52。调制器50具有与图1的现有技术调制器通常类似的结构，且同样包括第一和第二DP-MZM 12、28以及TE/TM偏振转换单元42和偏振射束分裂器44。图3的调制器50中的相似部件用与图1中的参考符号相同的参考符号来表示，且不再次描述这些部件。
然而，除了图1的调制器10的部件之外，本发明的调制器50还包括导频音调产生器54，所述导频音调产生器用于产生叠加在第一和第二DP-MZM 12、28的同相驱动电压VHI和VVI上的第一导频信号和叠加在第一和第二DP-MZM 12、28的正交驱动电压VHQ和VVQ上的第二导频信号。在图3的实施方案中，使用加法器56将所述导频信号叠加在相应的驱动信号上。在所示的实施方案中，第一和第二导频信号两者为正弦的，且相对于彼此移位90°。更特定地，第一和第二导频信号相应地为A·cos(2πfpt)和A·sin(2πfpt)，其中A是信号振幅，fp是导频音调频率，且t是时间。如图3中进一步所示，第一DP-MZM 12的输出端16和第二DP-MZM28的输出端30被分接，使用联结器56来组合分接的信号，且将组合信号引导至检测器58，在图3的实施方案中，所述检测器由光电二极管形成。因此，检测器58适合于且布置成用于检测包括以下两者的光：由第一DP-MZM 12输出的一部分光和由第二DP-MZM 28输出的一部分光。检测器58的输出端与控制单元52连接。
如下文将解释，在“不一致的频谱极性”的情况下，检测器58的输出信号将包括处于频率2fp(即，处于2倍的导频信号频率)的拍频分量，可由控制单元52来检测所述拍频分量。本文中，如前面所提到，“不一致的频谱极性”是指以下情形：传递函数的斜率对于第一和第二DP-MZM12、28中的一者的同相分量和正交分量不同且对于第一和第二DP-MZM12、28中的另一者相同。如果被确定为是这种情况，那么控制单元52调节调制器50或调节所述调制器50的输入使得第一和第二DP-MZM 12、28中的一者中的同相分量或正交分量中的一者的传递函数的斜率符号实际上或虚拟地被颠倒。这可以(例如)通过实现第一或第二DP-MZM12、28中的一者的输出信号的复共轭(例如，通过颠倒控制电压VHQ或VVQ的符号)来达成。如上文所提到，这将相当于对应的传递函数的“虚拟”符号变化。此复共轭的纯粹数字化实施方式是优选的。然而，用于调节调制器或至调节所述调制器的输入的其他方式因此同样是有可能的。例如，将有可能将合适的偏置电压施加到内MZM 22、24、36、38等等中的一者，在这种情况下，传递函数的斜率符号可被“实际上”颠倒。
接下来，将要解释根据本发明的实施方案的包括调制器50的发射机46的运作。在图3中所示的实施方案中，假设内MZM 22、24、36、38中的每个具有以下传递函数：
其中E是光信号的电场的振幅，Emax是最大振幅，2Vπ是传递函数的半周期，且
在存在导频信号的情况下，在第一DP-MM 12的输出端16处产生的光信号sH读为：
本文中，导频信号的频率fp远低于PDM QAM传输信号的符号速率，且优选地在100Hz至50kHz的范围中、更优选地在1kHz至5kHz的范围中。此外，为避免对所传输的信号的过度干扰，将导频信号的振幅A选择为相对于2Vπ较小。因此，可以将sH很好地近似为：
其中
是有用的信号，且
是来自导频音调的贡献。以相同的方式，可以将V偏振分量sV表达为：
其中
且
如从图3看到，在TE/TM偏振转换之前，第一DP-MZM 12的输出的一小部分和第二DP-MZM 28的输出的一小部分在组合器56中相加并经受由检测器58(即，光电二极管)进行的电-光转换。在低通滤波之后，所得电信号是：
其中上划线表示在某个时间标度内的平均时间，所述时间标度与符号速率相比是长的但显著短于导频音调的周期，并且其中已应用非实质的比例因子。通过将方程式(9)和(12)代入(13)中，获得电信号的以下表达式：
然后，可以进一步假设：
且
使得获得了：
方程式(17)表明，光电二极管58的电输出信号提供合适的标准来识别不一致的频谱极性，因为其包含频率2fp的频谱线(当且仅当符合以下条件时)：
应注意，如果传递函数的斜率对于第一和第二DP-MZM 12、28中的一者的同相分量和正交分量不同且对于第一和第二DP-MZM 12、28中的另一者相同，那么方程式(18)是正确的。因此，控制单元52被配置成查找频率2fp的频谱线的存在以在发射机46处检测不一致的频谱极性。如果检测到此类不一致的频谱极性，那么经由正好一个发射机偏振(sH或者sV)的复共轭来实施校正。如上文所论述，然后可以检测剩余的不明确，且如果有必要则通过使接收到的两个偏振共轭而在接收器处校正该剩余的不明确。
应注意，如果将方程式(13)一般化，那么达成了类似的结果，因为sH和sV中的每一者具有任意的相位(即，如果sH和sV将乘以对应的复数)。同样，在这种一般情况下，用于拍频信号的标准(18)保持有效。
在一些情况下，包括四个内MZM 22、24、36、38的两个DP-MZM12、28可整合在单个部件中，所述单个部件不允许如图3中所示来分接光支路。
图4示出发射机46的替代性实施方案，其中基本上采用如图1中所示的现有调制器10，所述调制器相当于虚线框中所包括的部件。如图4中所见，经组合的光输出(即，在偏振片PBS 44的下游)的一小部分被分接并通过另外的PBS 60被分裂成两个正交偏振X和Y。一般地，这些偏振平面将各自包含原始传输偏振H和V的线性组合。因此，在光电检测之后，X与Y两者将以与上文所解释的方式相同的方式在导频音调之间产生拍频。因此，使用图4中所示的光电检测器62，可以(例如)从X分量检测到拍频信号，因为这个X分量包括由第一DP-MZM 12输出的一部分光和由第二DP-MZM 28输出的一部分光。
然而，如果X和Y应与H和V正好一致，那么两个偏振之间将不存在拍频。为应付这种病态情况并保证检测器的灵敏度在任何条件下不消失，根据图4，使用另外的检测器64既检测对应于偏振X的信号又检测对应于偏振X和Y的信号的和。可以看出，在不一致的频谱极性的情况下，这两个信号中至少有一个将在光电检测之后展现处于频率2fp的线。为避免重复同一个硬件两次，还将有可能替代地随时间的过去检测X信号和(X+Y)信号，这需要单个检测器和光开关或电开关。
在图5中，示出了说明用于控制光发射机(诸如，图3或图4的光发射机46)的实施方案的流程图。在步骤68中，将第一导频信号与偏置电压一起叠加在同相驱动电压VHI、VVI上，且将第二导频信号叠加在正交驱动电压VHQ、VVQ上。虽然过程66并不限于此，但在许多重要的应用中，可以将第一和第二导频信号(例如)叠加在表示具有训练序列的数据信号的驱动信号上，其中对应于第一DP-MZM 12的训练序列和对应于第二DP-MZM 28的训练序列彼此正交。
在步骤70中，针对处于2fp的频率的频谱分量来分析检测器58的电输出信号。在步骤72中，检查是否存在处于2fp的频谱分量。如果情况并非如此，那么过程进行到步骤74，在该步骤中，切断导频信号，且过程在76处结束。在替代性实施方案中，不需要切断导频信号。在这种情况下，将有可能无限循环地从步骤72-否返回到步骤70。
然而，如果在步骤72中在检测器58的输出信号中检测到处于2fp的频谱分量，那么这指示不一致的频谱极性。为了校正这种不一致的频谱极性，过程进行到步骤78，在该步骤中，将控制信号VHQ的符号颠倒。这可以视为在等效复基带中输入信号的复共轭，且同样导致在等效基带中第一DP-MZM 12的光输出信号的复共轭。应注意，这还具有与改变对应的第二内MZM 24的传递函数的符号相同的效应。过程然后返回到步骤70，且重复该循环直到在步骤72中检测到处于2fp的频谱分量。在正常操作下，在将VHQ的符号反转(步骤78中)之后，在下一个回合中，处于2fp的频谱分量应消失，且程序应到76结束。尽管图6中未示出，但过程可包括超时函数，如果在给定的时间段内未达到程序的终点，那么所述超时函数停止过程并产生错误消息。
上文所描述的实施方案和附图仅用来说明根据本发明的方法，而不应视为指示对方法的任何限制。本专利的范围仅由所附权利要求所确定。
附图标记列表
10 用于PDM信号的调制器
12 第一DP-MZM
14 第一DP-MZM 12的输入端
16 第一DP-MZM 12的输出端
18 第一DP-MZM 12的第一臂
20 第一DP-MZM 12的第二臂
22 第一MZM
24 第二MM
26 移相器
28 第二DP-MZM
30 第二DP-MZM 28的输出端
32 第二DP-MZM 28的第一臂
34 第二DP-MZM 28的第二臂
36 第三MZM
38 第四MZM
40 移相器
42 TE/TM偏振转换器
44 偏振射束分裂器
46 发射机
48 激光
50 用于偏分复用信号的调制器
52 控制单元
54 导频音调产生器
56 加法器
58 光电二极管
60 偏振射束分裂器
62 光电二极管
64 光电二极管
66到78 流程图的步骤

Claims (26)

1.一种用于偏分复用(PDM)信号的调制器，包括：
与第一和第二偏振相关联的第一和第二双平行马赫-曾德尔调制器(DP-DP-MZM)(12、28)，每个DP-MZM(12、28)具有用于同相驱动信号和正交驱动信号的输入端，所述同相驱动信号和所述正交驱动信号用于根据相应的传递函数来调制光信号的同相分量和正交分量；以及
适合于检测光的检测器(58、62、64)，所述光包括由所述第一DP-MZM(12)输出的至少一部分光和由所述第二DM-MZM(28)输出的一部分光，
其中所述调制器(50)适合于：
将第一导频信号叠加在所述第一DP-MZM(12)的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上以及所述第二DP-MZM(28)的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上，以及
将第二导频信号叠加在所述第一和第二DP-MZM(12、28)的同相驱动信号和正交驱动信号中的相应另一者上，并且
其中所述第一和第二导频信号被选择为使得能够由所述检测器(58、62、64)检测的信号指示：针对所述第一和第二DP-MZM(12、28)中的一者的同相分量和正交分量，所述传递函数的斜率是否不同，以及针对所述第一和第二DP-MZM(12、28)中的另一者，所述传递函数的斜率是否相同。
2.根据权利要求1所述的调制器(50)，其中所述第一和第二导频信号被选择为在能够由所述检测器(58、62、64)检测的所述信号中引起拍频分量。
3.根据权利要求1或2所述的调制器(50)，其中所述第一和第二导频信号是周期性信号，具体地是正弦信号。
4.根据权利要求2和3所述的调制器(50)，其中所述拍频分量的频率与所述第一和第二导频信号的频率有关。
5.根据权利要求4所述的调制器(50)，其中所述第一导频信号和所述第二导频信号的频率至少是近似相同的，并且其中所述拍频分量的频率基本上为所述第一和第二导频信号的频率的2倍。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的调制器(50)，其中所述第一和第二导频信号基本上是正交信号。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的调制器，其中由所述第二DP-MZM(28)输出的光经受偏振转换，具体地为TE/TM偏振转换。
8.根据权利要求7所述的调制器(50)，其中由所述第一DP-MZM(12)输出的至少一部分光和由所述第二DP-MZM(28)输出的至少一部分经偏振转换的光在组合输出端中相组合，具体地为借助于偏振射束分裂器(44)相组合。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的调制器(50)，其中由所述第一和第二DP-MZM(12、28)输出并在接收器处被接收的光具有非正交偏振。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的调制器(50)，其中由所述第二DP-MZM(28)输出的光在其偏振转换之前被引导到所述检测器(58)。
11.根据权利要求7和8所述的调制器(50)，其中第二偏振射束分裂器(60)被提供用于将所述组合输出的至少一部分分裂成不同偏振的第一分量和第二分量。
12.根据权利要求11所述的调制器(50)，其中所述检测器(62)布置成检测所述第一分量。
13.根据权利要求10或11所述的调制器(50)，其中所述检测器或另外的检测器(64)布置成检测所述第一分量和所述第二分量的重叠。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的调制器(50)，其中所述检测器(58、62、64)包括用于检测所接收的光的强度的光电检测器，具体地为光电二极管。
15.一种光发射机(46)，包括：
光源(48)，
根据权利要求1至14中的任一项的用于偏分复用(PDM)信号的调制器(50)，所述调制器(50)用于调制由所述光源(48)输出的光；以及
控制单元(52)，所述控制单元(52)被配置成基于由所述调制器(50)的所述检测器(58、62、64)所检测的信号来确定：针对所述第一和第二DP-MZM(12、28)中的一者的同相分量和正交分量，所述传递函数的斜率是否不同，以及针对所述第一和第二DP-MZM(12、28)中的另一者，所述传递函数的斜率是否相同，并且，如果被确定为是这种情况，那么调节所述调制器(50)或调节所述调制器(50)的输入使得所述第一和第二DP-MZM(12、28)中的一者中的同相分量或正交分量中的一者的传递函数的斜率的符号被有效地设置为相反。
16.根据权利要求15所述的光发射机(46)，其中所述控制单元(52)适合于通过对所述第一或第二DP-MZM中的一者的输出信号执行复共轭来将所述传递函数的符号有效地设置为相反。
17.一种控制光发射机(46)的方法，
所述光发射机(46)包括用于偏分复用(PDM)信号的调制器(50)，所述调制器(50)包括与第一和第二偏振相关联的第一和第二双平行马赫-曾德尔干涉仪(DP-MZM)(12、28)，每个DP-MZM(12、28)具有用于同相驱动信号和正交驱动信号的输入端，所述同相驱动信号和所述正交驱动信号用于根据相应的传递函数来调制光信号的同相分量和正交分量，
所述方法包括以下步骤：
将第一导频信号叠加在所述第一DP-MZM(12)的同相驱动信号和正交驱动信号中的一者上以及所述第二DP-MZM(28)的同相驱动信号或正交驱动信号中的一者上，
将第二导频信号叠加在所述第一和第二DP-MZM(12、28)的同相分量和正交分量中的相应另一者上，
检测光，所述光包括由所述第一DP-MZM(12)输出的至少一部分光和由所述第二DM-MZM(28)输出的一部分光，
从所检测的光确定：针对所述第一和第二DP-MZM(12、28)中的一者的同相分量和正交分量，相应的传递函数的斜率是否不同，以及针对所述第一和第二DP-MZM(12、28)中的另一者，相应的传递函数的斜率是否相同，并且
如果被确定为是这种情况，那么调节所述调制器或调节所述调制器的输入，使得所述第一和第二DP-MZM中的一者中的同相分量或正交分量中的一者的传递函数的斜率的符号被有效地设置为相反。
18.根据权利要求17所述的方法，其中将所述第一导频信号叠加在所述第一和第二DP-MZM(12、28)的相应的同相驱动信号上，并且将所述第二导频信号叠加在所述第一和第二DP-MZM(12、28)的相应的正交驱动信号上。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中将所述第一和第二导频信号叠加在表示训练序列的驱动信号上，其中与所述第一DP-MZM(12)对应的训练序列和与所述第二DP-MZM(28)对应的训练序列彼此正交。
20.根据权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中确定步骤是基于在所述所检测的光中检测到拍频分量而执行的。
21.根据权利要求17或20中的任一项所述的方法，其中所述第一和第二导频信号是周期性信号，具体地为正弦信号。
22.根据权利要求20和21所述的方法，其中所述拍频分量的频率与所述第一和第二导频信号的频率有关。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一导频信号和所述第二导频信号的频率至少是近似相同的，并且其中所述拍频分量的频率基本上为所述第一和第二导频信号的频率的2倍。
24.根据权利要求17至23中的任一项所述的方法，其中所述第一和第二导频信号是正交信号。
25.根据权利要求17至24中的任一项所述的方法，其中调节所述调制器或调节所述调制器的输入以将所述传递函数的符号有效地设置为相反的步骤包括：对所述第一或第二DP-MZM(12、28)中的一者的输出信号执行复共轭。
26.根据权利要求17至25中的任一项所述的方法，其中所述发射机(46)是根据权利要求15或16中的任一项所述的发射机(46)。
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