CN1259806A - 用于在一个波分复用信号中补偿诸信道的偏振色散的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个用于对在一个波分复用信号中的诸信道的偏振色散进行补偿的系统。依照本发明,该系统包括多个分别与诸所说的信道结合的级联的偏振控制模块和一个共同的微分时延发生器(DDG)。每个偏振控制模块包括一个衰减和插入的复用器(OADMN)以便从输入的复用信号的结合的信道抽取信号和插入一个由一个偏振控制器(PCN)提供的修改了的信道。

Description

用于在一个波分复用信号中 补偿诸信道的偏振色散的方法
本发明涉及一个用于在一个波分复用(wavelength-divisionmultiplex)信号中补偿诸信道的偏振色散的装置。
本发明用于诸波分复用(WDM)传输系统。
所有的各类光纤都受到偏振色散的影响：当我们接收一个通过一个发送终端发送的脉冲时，该脉冲因偏振色散而发生畸变。该脉冲的持续时间大于它原来的持续时间。畸变是由于当传输时光信号被去偏振这样一个事实。我们可以认为在连接光纤的终端接收到的信号包含两个正交成分，一个与一个最大传播速度的偏振状态(最快的主偏振状态)相对应，而另一个与一个最小传播速度的偏振状态(最慢的主偏振状态)相对应。
换句话说，我们可以认为一个在连接光纤的终端接收到的脉冲信号包含一个依照一个提前的偏振状态进行偏振并首先到达的第一个脉冲信号和一个依照一个滞后的偏振状态进行传播的并以一个特别与连接光纤的长度有关的瞬时微分延时到达的第二个脉冲信号。
如果发送终端发送一个由一个非常短的脉冲组成的光信号，则由接收终端接收的光信号包含两个相继的互相垂直偏振的并有一个等于瞬时微分延时的相对时间漂移的脉冲。这个延时对于一条包含几年前生产的那种单模光纤的100km(千米)的链路能够达到20ps(微微秒)。
由接收终端接收到的诸脉冲的畸变能在对发送的数据进行解码时引起诸误差，所以偏振色散是一个限制诸光链路的性能的因素，不管是模拟的还是数字的光链路。
我们现在知道如何制造有低偏振色散(近似为0.05ps/km1/2)的诸单模光纤。然而，在最近十年中安装的大部分单模光纤有非常高的偏振色散，这对诸发送的位速率的传播构成一个主要的技术障碍。而且，如果位速率的竞赛继续进行，则没有东西能防止这个问题在我们现在知道如何生产的诸低偏振色散光纤中出现。
我们现在知道如何制造有高偏振色散的诸光纤，这种光纤也被认为是诸保持偏振的光纤，它们能通过用诸短的光纤段达到一个固定的微分延时。通过明智地将这类光纤的一段(或在两个正交偏振模式之间产生一个微分延时的任何结构)与一条受到高偏振色散作用的传输链路串联起来，我们能对偏振色散进行补偿。我们能或者用一条有与链路相同的微分延时，但是交换诸慢和快的主偏振状态的保持偏振的光纤，或者通过使链路和保持偏振的光纤的组合的一个主偏振状态与发送源的偏振状态一致来实现这一点。为了实现这一点，将一个偏振控制器放在链路和保持偏振的光纤之间。
微分延时的值和一条链路的诸主偏振状态依照许多因素，如振动和温度，随时间变化。所以一个补偿器系统必须是自适应的，并且必须使保持偏振的光纤的微分延时至少等于所有的要被补偿的微分延时的值。
在提高诸现有的有10Gbit/s(千兆位/秒)及以上的诸位速率的诸信道的诸光纤网络的性能方面，偏振色散是一个难以解决的问题。
我们估计能够容忍的最大偏振色散是一个位的持续时间的10％，例如，在10Gbit/s是10ps，而在40Gbit/s只是2.5ps。
人们已经设计出诸偏振色散补偿器系统。然而，还没有解决在一个波分复用网络中偏振色散问题的，不同于在信号分离后将诸相同的单信道的补偿器系统并列起来的方法。它的一个例子是由申请人在1996年12月30日提出的法国专利申请No.96 16194中公开的系统，该系统是关于一个这类单信道传输系统的。
本发明的目的是要解决上述的问题，并提出有一个最佳构造，特别是在价格方面最低廉的诸解决办法。
本发明在于一个用来对诸波分复用系统进行偏振色散补偿的系统。依照本发明提出的诸解决办法是建立在用诸级联的复用器和信号分离器对形成复用的所有信道的偏振色散进行补偿的基础上。
我们公开诸系统构造以便通过插入传输线内或在传输线的终端完成诸系统构造。
更特别的是，本发明在于一个用来在一个波分复用信号中对诸信道的偏振色散进行补偿的系统，该系统的特征在于它包括多个分别与诸所说的信道结合的级联的偏振控制模块和一个传递一个经补偿的复用信号的微分时延发生器，该系统的特征在于每个模块包括：
-一个衰减和插入的复用器，它有一个用于接收一个复用输入信号的第一个输入端，一个用于从所说的复用输入信号抽取的一个关联的信道信号的第一个输出端，一个用于插入一个修改了的信道信号的第二个输入端，和一个用于传递一个修改了的复用输出信号的第二个输出端，和
-一个偏振控制器，它适合于接收所说的抽取的信道信号和传递所说的修改了的信道信号，
和该系统特征在于系统进一步包括一个控制环路，它用于在对所说的经补偿的复用信号的诸信道信号的各个光学特性作出响应时对诸偏振控制器进行控制。
一般地说，显然我们选择上述的诸光学性能作为经补偿的复用信号的质量的代表，以便直接或间接地测量诸信道信号的诸偏振度。然后通过诸偏振控制器的工作，控制环路使经补偿的复用信号的质量达到最佳。
在一个特殊的例子中，控制环路包括接收经补偿的复用信号的信号分离器装置，用于从那里抽取的诸所说的信道信号的诸抽取输出端和适合于接收至少来自诸所说的抽取输出端的诸信号的一部分，以便测量它的诸偏振度并控制诸偏振控制器，使诸所说的测得的偏振度达到最大的控制装置。
依照另一个特点，信号分离装置包括多个级联的信号分离器，这个实施例适合于使用有一个用包括诸插入光纤内的布拉格光栅(IFBG)的诸光纤段的结构的诸复用器。
依照另一个特点，对于每条信道的控制装置包括：
-一个反馈环路偏振控制器，
-用于测量来自诸所说的抽取输出端中的一个的信号的一部分的总强度的装置，
-用于测量在一个固定的偏振方向中的那个部分的一个分量的强度和用于对反馈环路偏振控制器进行控制，使那个强度达到最大的装置，
-用于从所说的测得的总强度和在固定的偏振方向中的测得的强度计算偏振度的装置，和
-用于依照在这种方式中计算出的偏振度，对相应信道的偏振控制器进行控制，以便使偏振度达到最大的反馈装置。
依照本发明的另一个特点，所用的诸复用器和诸信号分离器有一个用包括诸插入光纤内的布拉格光栅的诸光纤段的结构。
通过参照诸图阅读下面的由非限制性例子给出的描述，本发明的另一些特点和优点将变得很清楚，其中：
-图1A是一个代表一个波分复用传输系统的图，在该系统中将一个根据本发明的系统放在传输线的端部，
-图1B表示一个传输系统，该传输系统有一个根据本发明的并入传输线的系统，
-图2表示一个根据本发明的设计得放在传输线端部的系统，
-图3表示来自图2的控制电路CTNN的一个实施例，
-图4表示一个根据本发明的设计得并入传输线的系统，
-图5A到5C表示一个信号分离器(ODM)的三个实施例，
-图6A到6C表示一个衰减和插入的复用器(OADM)的三个实施例。
图1A所示的波分复用光传输系统包括：
-诸常规的发射机终端Tx，它们，例如，通过对一个或多个光载波的强度进行二进制调制发送数据，其中每个载波都是一个由一台激光器提供的全偏振波；
-一个信道复用器M，它复用来自诸终端Tx的诸信号，以便得到一个通过连结到复用器的光纤光传输线LF传输的复用信号Mux；我们能将光放大器AO并入光纤LF中，以便对诸光损耗进行补偿；和
-一个偏振色散补偿器CDPF，它的一个输出端与光纤LF的另一个终端相连接，它的诸输出端与各个接收机终端Rx相连接。
如图1B所示的传输系统是和来自图1A的传输系统相同的，除了偏振色散补偿器CDPI是在传输线LF上以外，补偿器的一个输入端E接收在传输线上传输的输入的复用信号，并且一个输出端S将经补偿的输出的复用信号传递给传输线。
现在参照图2。图2表示一个根据本发明的设计得放在传输线端部，换句话说，刚好在诸接收机端部前的补偿器的实施例。该补偿器实施复用信号的信号分离，并将在诸相应波长上的诸信号提供给诸接收机终端Rx。
补偿器包括有各个衰减和插入的光复用器OADM1到OADMN的诸级联的偏振控制模块和诸偏振控制器PC1-PCN。
每个衰减和插入的复用器都有两个输入端E1，E2和两个输出端S1，S2。一个衰减和插入的复用器的输入端E1接收复用输入信号，而一个复用器的输入端E2从一个信道接收修改了的信号，该信道被插入在衰减和插入的复用器的输出端S2传递的复用信号中。
因此，衰减和插入的复用器OADM1在它的输入端E1接收复用信号Mux。它从在波长λ1上的信道抽取信号。这个信号是一个在电路的输出端S1处可得到的信号，并由一个偏振控制器PC1进行处理，如在下文中详细描述的。在处理后，将来自在波长λ1上的信道的信号馈送进入电路OADM1的输入端E2，电路OADM1将该信号插入在它的输出端S2的复用信号中。衰减和插入的复用器OADM2在它的输入端E1接收来自复用器OADM1的输出端S2的修改了的复用信号，抽取在波长λ2上的信道的信号，并将这个信号传递给它的输出端S1。由一个偏振控制器PC2对抽取信号进行处理，偏振控制器PC2将来自在波长λ2上的信道的信号提供给它的输出端，从那里，它被馈送到复用器OADM2的输入端E2，复用器OADM2将来自在波长λ2上的信道的信号插入传递给输出端S2的输出复用信号中。对于所有其它的衰减和插入的复用器进行相似的过程。
将传递给最后一个级联的衰减和插入的复用器的输出端SN的复用信号反馈进入微分延时发生器DDG。
我们能够用例如一条保持偏振的光纤以一种常规的方法制成微分延时发生器DDG。发生器DDG的输出信号构成一个补偿了的复用信号。该信号进入一个控制环路，能使每个偏振控制器响应每个信道的补偿信号的诸光学特性来接收一个控制信号。
在本发明的一个优先实施例中，控制环路包括用于测量来自微分延时发生器DDG的每个信道的补偿信号的偏振度，和用于对每个偏振控制器进行控制，使测得的偏振度达到最大的装置。
在一个优先实施例中，控制环路包括多个级联的信号分离器ODM1到ODMN。信号分离器ODM1-ODMN中的每一个有一个输入端E’1，该输入端适合于接收由微分延时发生器DDG输出的经补偿的复用信号，和一个第一个输出端S’1，该输出端用于从相关联的信道抽取信号，将抽取信号的一部分加到各个控制电路CT1-CTN的输入端。每个电路CT1-CTN都适合于测量来自相关信道的光信号的偏振度和对相应的偏振控制器PC1-PCN进行控制，使测得的偏振度达到最大。
实际上，信号分离器ODM1的输出端S’1与一个耦合器C1的输入端连接，用于对来自由波长λ1携带的信道的信号的一部分(近似为那个信号的5％)进行取样，并将它加到电路CT1的输入端，电路CT1将电控制信号P1供给偏振控制器PC1。耦合器C1的一个与控制器CDPF的输出端s1对应的第二个输出端提供来自在波长λ1上的信道的信号。
类似地，诸信号分离器ODM2和ODMN在它们的输出端S’1传递从在各自的波长λ2-λN上的诸信道抽取的光信号。将抽取的光信号的一部分提供给各个电路CT2到CTN，诸电路CT2到CTN传递偏振控制器PC1到PCN的诸电控制信号。
由各个耦合器C2到CN提供在控制器CDPF的诸输出端s2到sN处从在诸波长λ2-λN上的诸信道中的每一个抽取的诸信号。
现在我们将参照图3的图对控制诸被抽取信道中的每一个的诸偏振控制器PC1到PCN的电路的一个实施例进行详细的描述，图3表示这个实施例。
将在图3所示的控制器CTN的实施例加到一个如图2所示的偏振补偿器上，并同样地加到一个如图4所示的偏振补偿器上，我们将在下文中对此进行描述。不管补偿器是在传输线的端部还是在传输线内，该控制器是一样的。
在一个偏振控制器CP的输入端接收信道信号，偏振控制器CP的输出端与一个偏振器A的输入端相连接，将偏振器A的输出信号加到一个第一个光电检测器D1的输入端。光电检测器D1的输出端连接到一个计算器装置CU的输入端。用一个耦合器CPL对偏振控制器CP的输出信号的一部分进行取样，并将该输出信号的一部分加到一个第二个光电检测器D2的输入端，光电检测器D2的输出端也连接到计算器装置CU的一个第二个输入端。
计算器装置有一个输出端，该输出端提供一个代表在微分延时发生器DDG的输出端的光信号的偏振度的信号PL。
控制器CTN进一步包括一个反馈装置FB1，该反馈装置有一个连接到计算器装置CU的输出端的输入端和一个提供相应的偏振控制器的电控制信号PN的输出端，在这个例子中该相应的偏振控制器是偏振控制器PCN。
控制器CTN进一步包括一个第二个反馈装置FB2，该反馈装置FB2有一个连接到计算器装置CU的输出端的输入端和一个连接到偏振控制器CP的电控制输入端的提供电控制信号PE的输出端。
光电检测器D1和D2忽略一个衰减因子K1来分别地测量总信号的功率Pin，和忽略一个衰减因子K2，测量依照偏振器A的偏振方向进行偏振的信号的功率PP。光电检测器D1和D2分别地提供有诸值：
P1＝K1·Pin，
P2＝K2·PP
的诸信号。
衰减因子K1和K2是常数并且是已知的。计算器装置CU计算比PP/Pin并交替地激活诸反馈装置FB1-FB2。反馈装置FB2修改偏振控制器CP的电控制信号，以便依照偏振器A的偏振方向对提前的偏振方向信号进行定向。
在这种情形中，比PP/Pin的值达到最大，并代表信号的偏振度，它有一个在0和1之间的值。
反馈装置FB1修改偏振控制器PCN的电控制信号，使偏振度的测量值PL达到最大。于是偏振色散达到最小。
我们现在对如图1B所示的设计得在传输系统中插入传输线内的偏振补偿器进行描述。为了得到关于补偿器制造的较详细的情况，请参照图4。
实际上，该补偿器与刚才参照图2描述的补偿器非常相似；如已经提到的，诸差别与这样一个事实有关，即在这种情形中偏振补偿器CDPI在它的输出端S提供一个用于通过传输线传输的经补偿的复用信号，而不是在诸输出端s1-sN提供一个被信号分离的信号。
在一个第一个实施例中，在发生器DDG的输出端，较精确地说是在一个耦合器CS的一个输出端提供复用信号。
微分延时发生器DDG的输出端连接到耦合器CS，耦合器CS在一个输出端提供经补偿的复用信号和在另一个输出端为控制环路提供那个信号的一个取样部分。将复用光信号的一部分加到第一个信号分离器ODM1的输入端E’1，信号分离器ODM1抽取在波长λ1上的信道的信号，并在它的输出端S’1提供该信号，输出端S’1连接到偏振控制器P1的控制电路CT1的输入端。
信号分离器ODM1的输出端S’2提供在诸波长λ2到λN上的诸信道的诸复用信号。信号分离器ODM2在它的输出端S’1选择和抽取在波长λ2上的信道。将在那个输出端的来自在波长λ2上的信道的信号加到控制器CT2的输入端，控制器CT2的输出端为偏振控制器PC2提供控制信号P2。对于诸其它的信号分离器，直到信号分离器ODMN都与此相似。
在图4中的诸虚线代表的一个第二个实施例中，偏振补偿器CDPI的输出端取自最后一个信号分离器的输出端，换句话说，取自信号分离器ODMN的输出端，而不是微分延时发生器DDG的输出端。对此，因为将在控制环路中对所有的复用信号进行处理，所以不再需要将耦合器CS放在发生器DDG的输出端。另一方面，每个信号分离器将在它的输出端S’1仅传递被抽取的信道信号的一小部分，在输出端S’2提供所有信道的诸被复用的光信号。
于是，在最后一个信号分离器ODMN的输出端S’2，可得到通过线路传输的经补偿的复用信号。
现在我们将对能用来制造本发明的偏振补偿器的诸不同的最佳的信号分离器ODMN的诸实施例进行详细的描述，不管偏振补偿器是插入传输线内还是在传输线的端部。
一个第一个实施例如图5A所示，在该实施例中信号分离器结构包括一个有诸插入光纤内的布拉格光栅IFBG的光纤段和一个在光纤段的输入端的环行器C1。
图5B表示一个第二个实施例。这个实施例是一个Mach-Zehnder干涉仪结构MZ，它在干涉仪结构的每一分支中都有一个有诸插入光纤内的布拉格光栅IFBG的光纤段。实际上，一个分支的光纤经紫外线(UV)处理，使得与在干涉仪的两个臂之间的相位差匹配。
图5C表示一个第三个实施例。这是一个有各个耦合器CPL1和CPL2和有诸插入光纤内的布拉格光栅IFBG的诸光纤段的耦合器结构。
有诸插入光纤内的布拉格光栅的诸光纤段能够是例如其中刻蚀或光刻有布拉格光栅的诸光纤段。
现在我们将通过例子对诸光衰减和插入的复用器OADMN的三个实施例进行描述。
图6A表示一个第一个实施例，它是一个包括一个有诸插入光纤内的布拉格光栅IFBG的光纤段和在光纤段的每个端部的一个环行器C1-C2的结构。
图6B表示一个第二个实施例，它是一个Mach-Zehnder干涉仪结构MZ，该结构在每一分支中有诸光纤段和诸插入光纤内的布拉格光栅。
最后，图6C表示一个第三个实施例，在该实施例中，衰减和插入的复用器有一个耦合器结构，该耦合器结构有带有诸耦合器CPL1和CPL2的诸光纤段和诸插入光纤内的布拉格光栅IFBG。
如上面参照图5A到5C提到的，有诸插入光纤内的布拉格光栅的诸光纤段能够包含刻蚀或光刻制成的诸光栅。

Claims (13)

1.一个用于对在一个波分复用信号中的诸信道的偏振色散进行补偿的系统，该系统的特征在于它包括多个分别与诸所说的信道相关联的级联的偏振控制模块和一个传递一个经补偿的复用信号的微分时延发生器(DDG)，该系统的特征还在于每个模块包括：
一个衰减和插入的复用器(OADMN)，它有一个第一个输入端(E1)，用于接收一个复用输入信号，一个第一个输出端(S1)，用于一个从所说的复用输入信号抽取的关联的信道信号，一个第二个输入端(E2)，用于插入一个修改了的信道信号，和一个第二个输出端(S2)，用于传递一个修改了的输出信号，和
-一个偏振控制器(PC1-PCN)，它适合于接收所说的抽取的信道信号和传递所说的修改了的信道信号，
和该系统特征还在于该系统还包括一个控制环路(ODM1-ODMN，CT1-CTN)，用于在对所说的经补偿的复用信号的诸信道信号的各个光学特性作出响应时对诸偏振控制器(PC1-PCN)进行控制。
2.一个根据权利要求1的系统，它的特征在于控制环路包括诸信号分离器装置(ODM1-ODMN)，它们接收经补偿的复用信号，诸抽取输出端(S’1)，它们用于从那里抽取的诸所说的信道信号，和诸控制装置(CT1-CTN)，它们适合于接收至少来自诸所说的抽取输出端(S’1)的诸信号的一部分和测量其偏振度并对诸偏振控制器(PC1-PCN)进行控制，使诸所说的测得的偏振度达到最大。
3.一个根据权利要求2的系统，它的特征在于信号分离器装置包括多个信号分离器(ODM1-ODMN)，它们有构成诸所说的抽取输出端的各个输出端(S’1)，每个信号分离器都有一个输入端(E’1)和一个第二个输出端(S’2)，诸所说的信号分离器通过它们的诸第二个输出端(S’2)和它们的诸输入端(E’1)级联地连接起来。
4.一个根据权利要求2或权利要求3的系统，它的特征在于对于每个信道的控制装置(CT1-CTN)包括：
-一个反馈环路偏振控制器(CP)，
-用于测量来自诸所说的抽取输出端(S’1)中的一个的信号的一部分的总强度的装置(D2)，
-用于测量在一个固定的偏振方向中的那个部分的一个分量的强度和用于对环路偏振控制器(CP)进行控制(CU，FB2)，以便使那个强度达到最大的装置(D1)，
-用于从所说的测得的总强度和在固定的偏振方向中测得的强度计算偏振度的装置(CU)，
-用于为了使偏振度达到最大，依照以这种方法计算得到的偏振度，对相应信道(CPN)的偏振控制器进行控制的反馈装置(FB1)。
5.一个根据权利要求1到4中的任何一个的系统，它的特征在于，为了对在线路的端部的偏振进行补偿(CDPF)，它有一个与级联的第一个衰减和插入的复用器(OADM1)对应的输入端(E)，和N个输出端(s1-sN)，N和诸输入的复用信道的数量相对应，和诸所说的输出端通过诸耦合器(C1-CN)提供各个从控制环路的信号分离装置的诸所说的抽取输出端(S’1)抽取的信号。
6.一个根据权利要求1到4中的任何一个的系统，它的特征在于，为了对在线路内的偏振进行补偿(CDBI)，它有一个与级联的第一个衰减和插入的复用器(OADM1)的第一个输入端(E1)相对应的输入端(E)，和一个通过一个耦合器(CS)提供所说的经补偿的复用信号的输出端(S)。
7.一个根据权利要求3的系统，它的特征在于，为了对在线路内的偏振进行补偿，它有一个与级联的第一个衰减和插入的复用器(OADM1)的第一个输入端(E1)相对应的输入端(E)，和一个与在控制环路中的级联的最后一个信号分离器(ODMN)的第二个输出端(S’1)相对应的输出端(S)。
8.一个根据权利要求1到7中的任何一个的系统，它的特征在于诸衰减和插入的复用器(OADM1-OADMN)有一个包括一个有诸插入光纤内的布拉格光栅(IFBG)的光纤段和一个在光纤段的每个端部的环行器(C1-C2)的结构。
9.一个根据权利要求3的系统，它的特征在于诸信号分离器(ODM1-ODMN)有一个包括一个有诸插入光纤内的布拉格光栅(IFBG)的光纤段和一个在光纤入口处的环行器(C1)的结构。
10.一个根据权利要求1到7中的任何一个的系统，它的特征在于诸衰减和插入的复用器(OADM1-OADMN)有一个Mach-Zehnder干涉仪结构(MZ)，该结构在每个分支中都有一个有诸插入光纤内的布拉格光栅(IFBG)的光纤段。
11.一个根据权利要求3的系统，它的特征在于诸信号分离器(ODM1-ODMN)有一个Mach-Zehnder干涉仪结构(MZ)，该结构在每个分支中都有一个有诸插入光纤内的布拉格光栅(IFBG)的光纤段。
12.一个根据权利要求1到7中的任何一个的系统，它的特征在于诸衰减和插入的复用器(OADM1-OADMN)有一个耦合器结构(CPL1，CPL2)，该结构有诸插入光纤内的布拉格光栅(IFBG)的诸光纤段。
13.一个根据权利要求3的系统，它的特征在于诸信号分离器(ODM1-ODMN)有一个耦合器结构(CPL1，CPL2)，该结构有诸插入光纤内的布拉格光栅(IFBG)的诸光纤段。
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