CN1681229A - 光色散补偿模块 - Google Patents

Abstract

一种光色散补偿模块包含光纤的一部分(10)，其包括可变间距布拉格光栅以及包含两个柔性支架(2、2’)和一个固定支架(3)的机械结构(1)。光纤的上述部分(10)在三个点处连接到所述机械结构：一个柔性装配点(5)连接到固定支架(3)，两个刚性装配点(4，4’)连接到柔性支架(2，2’)。上述模块还包括机械调节器(20)，其用于作用于机械结构(1)以对布拉格光栅的第一部分进行压缩，并对其第二部分进行拉伸，同时保持其中心部分不变。由此修正布拉格光栅滤波器产生的色散值，而其中心波长保持不变。

Description

光色散补偿模块

技术领域

本发明涉及高吞吐量的光纤通信。更具体地说，本发明适用于包括用于在光纤链路中补偿色散效应和/或色散斜率的布拉格光栅滤波器的模块。

背景技术

在传播期间，通过脉冲群速度的逐步分散在较远的距离上传播短脉冲时，发生色散。

在波分复用或WDM、高吞吐量的传输光栅中，控制色散是有好处的，尤其是在吞吐量大于等于40Gbit/s或160Gbit/s时，以及进行提高现有链路的吞吐量的操作如将传输速率从2.5Gbit/s变为10Gbit/s时。对所有波长值进行复用的目的是在链路上获得大约为0的累积色散，从而限制脉冲的传播。根据WDM技术，宽带光源与离散波分装置和几个信道相耦合，由此在光纤链路中以给定波长同时传输一个信号。因此，对于每个信道中传输的每个波长，色散效应被复制。

色散效应沿链路的长度积累，因此长链路的色散效应较大。此外，色散导致沿链路(色散斜率)而传送的脉冲的时间展宽(temporalspreading)。因此，如果脉冲在时间上相隔足够远，出现接收错误的风险就降为最小。然而，在高吞吐量系统的情况下，脉冲的时间展宽的大小有可能与脉冲间隔相同，导致连接的运营商不能接受的错误率。例如，在大约1.55m处，脉冲的时间展宽大小的数量级为17ps/nm/km。这种失真产生的原因是，在大约1.55m处，脉冲频谱的“高频”分量比“低频”分量传播得更快，导致传播期间频谱分量的重新分配。限制复用范围上累积的色散斜率，以便防止或限制复用信道之间的失真是有好处的。该斜率通常是与波长相关的色散的微分系数。

通常，用于光纤传输系统的传输线光纤是SMF(单模)光纤或NZ-DSF+(非零散射转移)光纤。为了补偿用作传输线光纤SMF光纤或NZ-DSF+光纤中的色散和色散斜率，目前采用的是短DCF(散射补偿)光纤。在大约1550nm的波长上，存在具有负色散和负色散斜率的色散补偿光纤。

然而，DCF光纤提供的全部色散补偿没有考虑复用的各信道之间的光链路末端可能出现的差别。此外，这些DCF光纤导致额外的传输线损耗，对于长距离连接，这种增加的衰减有可能需要加入额外的放大器。因此，单信道补偿是必要的，需要针对每个信道插入DCF的特定部分，以便调节残留的色散，通常约为+/-1000ps/nm。

虽然DCF光纤提供了有效的线内补偿，但这是波长的残留色散的一种昂贵的补偿方法。这种方法需要具有上百米到上千米的DCF光纤的补偿模块。此外，所进行的补偿只能通过改变该模块来调节。

而且，由欧洲专利EP 1 278 082和EP 1 283 433可知，可变间距(线性调频)布拉格光栅允许色散补偿。

图1是可变间距布拉格光栅辅助的色散补偿器的功能图。通常，通过相位掩模记录光纤10中的可变间距布拉格光栅BG，该光栅的间距沿光纤长度变化，以便修正由光栅根据光纤上的位置而反射的波长。光栅间距(如图1所示)和反射波长根据光纤上的位置的线性变化可以用于纠正一阶色散(即通常所指的色散)的影响，该间距的二次变分可以用于纠正二阶色散(即通常所指的色散斜率)的影响。光栅间距的变化根据波长导致反射波延迟，从而能够纠正散射的影响。由于这种布拉格光栅是通过反射进行工作的，因此通常和光循环器结合使用。

因此，要在较宽的传输频带上即在多个波长复用信道上对一阶和二阶色散进行补偿，要么需要将布拉格光栅进行串联，每个光栅补偿该频带的给定部分的散射效应的一部分，要么需要制造很长的线性调频布拉格光栅。该光栅在J.F.Brennan，E.Hernandez，J.A.Valenti，P.G.Sinha，M.R.Matthews，D.E.Elder，G.A.Beauchesne，C.H.Byrd在会议出版物OFC’01，PD12，2001上发表的题为“在整个C频带上采用滤波布拉格光栅对散射和散射斜率进行纠正”(Dispersion anddispersion-slope correction with a fiber Bragg grating over the fullC-band)的论文中述及。例如由Highwave Optical Technologies公司生产的Hilynx固定色散模块，该模块是专门为10Gbit/s的光链路而设计的。

光连链路营商面临的另一个问题是由于例如气候变化或光链路老化而导致的色散随时间的变化。

这种变化要求传输光栅尤其是所用的散射补偿器进行相应改变。这种改变可以在线内色散补偿期间进行，通常是在光中继器中进行，或在残留色散补偿期间，于传输线末端进行。

光链路通常包括连接多个站点或中继器的多个光纤段，在将待传播的光信号传输到下一段之前，先在上述站点或中继器对其进行放大和整形。通常，至少在该链路中某些间隔均匀的中继器中使用色散补偿器。当存在气候变化，或光链路和光链路中的元件发生老化时，改变散射补偿器的做法是不可行的。

因此，以前就提出了可调节的散射补偿器，即可以远程地对其特性进行改变，以允许对不同的波长使用相同的补偿装置。

众所周知，光纤的一部分上的机械作用和/或热作用会改变该部分上的光栅光写入(photowritten)特性。特别地，在机械作用或热作用的效应下，光栅的间距有可能发生改变。

例如由Phaethon公司生产的可调节的色散补偿器ClearSpectrumTM或由Teraxion公司生产的可调节的TH-TDC补偿器。这些补偿器可通过热效应进行调节。热梯度导致了用于写入的光栅的间距的变化，从而修正了反射波长的值。

然而，要使用热梯度，就需要使用珀尔帖元件，这将消耗很多能量。

发明内容

本发明提出创建针对DWDM(密集波分复用)网络的每个信道可调的光色散补偿模块。

根据本发明的色散补偿模块是为实现残留色散补偿而特别设计的，该模块只需要消耗很低的能量。

为达到这一目的，本发明提出使可变间距布拉格光栅受到由合适的媒介控制的机械作用，以便修正布拉格光栅的间距，从而调节色散补偿。

更具体地说，本发明涉及的光色散补偿模块包括：

一种机械机构，包括两个柔性支架和一个固定支架；

光纤的一部分，包括可变间距布拉格光栅，所述光纤部分在两个刚性装配点处连接到上述柔性支架，并在一个柔性装配点处连接到上述固定支架；

机械调节器，用于作用于机械机构，以将光纤的布拉格光栅部分的第一部分进行压缩并将其第二部分进行拉伸，同时保持该光纤的布拉格光栅部分中心部分不变。

根据一个特征，将所述光纤的布拉格光栅部分的末端连接到上述柔性支架，并将所述光纤的布拉格光栅部分的中心部分连接到上述固定支架。

根据一个特征，上述柔性支架用于补偿施加在连接于上述固定支架的所述布拉格光栅中心部分上的压力。

根据一个特征，上述机械机构至少包括两个允许通过机械调节器对所述结构进行变形的弯曲点。

根据一种实施方式，该机械结构是H形的，带有构成H形结构的中心杆的固定支架，以及构成H形结构的两个垂直杆的柔性支架。

根据一种实施方式，调节器平行于H形结构的中心杆而放置，并作用于H形结构的两个垂直分支。

根据一种实施方式，机械调节器是压电调节器。

根据一个特征，能够被压缩的光纤的布拉格光栅部分的第一部分是该光栅的大间距部分，能够被拉伸的光纤的布拉格光栅部分的第二部分是该光栅的小间距部分。

本发明还涉及色散补偿方法，包括以下步骤：

根据本发明，在波分复用(WDM)传输线上放置至少一个色散补偿模块；

测量色散；

控制机械调节器，以调节对所述色散的补偿。

根据一种实施方式，机械调节器是手工起动或自动起动的。

本发明还涉及通过波长复用进行光传输的系统，包括：

波分复用(WDM)传输线；

色散测量装置；

根据本发明，至少一个色散补偿模块用于调节对所述测量的色散的补偿。

根据一种应用，色散测量装置用于针对所传输的每个波长测量残留色散。

根据一种应用，色散测量装置用于在传输期间针对给定的波长测量色散相移。

附图说明

本发明的特征和优点将通过以下参照附图的说明而更加明确，这些说明以实施例的形式给出但不局限于这些实施例，其中：

图1如上文所述是通过反射而工作的可变间距布拉格光栅辅助的色散补偿器的功能图。

图2是根据本发明的光模块的示意图。

具体实施方式

根据本发明，光色散补偿模块包含光纤的一部分，其包括可变间距布拉格光栅以及包含两个柔性支架和一个固定支架的机械结构。光纤的上述部分在三个点处连接到所述机械结构：一个柔性装配点连接到固定支架，两个刚性装配点连接到该机械结构的柔性支架。上述模块还包括机械调节器，其用于作用于机械结构以对布拉格光栅的第一部分进行压缩，并对该布拉格光栅的第二部分进行拉伸，同时保持其中心部分不变。由此修正布拉格光栅滤波器产生的色散值，而其中心波长保持不变。

下面参照图2对根据本发明的模块进行更详细的说明。

该模块包括机械结构1，其包含两个柔性支架2、2’以及一个固定支架3。在图中所示的实施方式中，结构1大体上呈H形。固定支架3构成H形结构的中心杆，每个柔性支架2、2’构成H形结构的垂直的侧杆。

最好使两个柔性支架2、2’以及固定支架3形成单个单片的结构。构成机械结构1的材料可以是不胀钢，或任何具有较低热膨胀系数的其他材料。

上述模块还包括光纤的一部分10，其包含一个可变间距布拉格光栅，称为“线性调频”布拉格滤波器。根据所考虑的应用，布拉格光栅的间距可以是线性变化或二次变分的。这种包含光写入布拉格光栅的光纤部分在下文中称为布拉格滤波器。

通过装配点4、4’和5将布拉格滤波器10连接到机械结构1。通过柔性装配点5将该布拉格滤波器的中心部分连接到结构1的固定支架3。通过刚性装配点4、4’将该布拉格滤波器的两端部分分别连接到结构1的柔性支架2、2’。

刚性装配点4、4’可以通过例如使用胶密封或玻璃金属密封来获得。实际上，通过将合适的胶直接涂在光纤上，目前已经可以确保将布拉格滤波器固定在机械结构上。关于刚性装配点的更多信息可参见Y.W.Song，D.Starodubov，Z.Pan，Y.Xie，A.E.Willner和J.Feinberg在IEEE Photonics Technology Letters，vol.14，n 8，2002上发表的“用统一的FBG进行的具有固定带宽和固定通带中心波长的可调WDM散射补偿”(Tunable WDM Dispersion Compensation with FixedBandwidth and Fixed Passband Center Wavelength using a uniformFBG)。

柔性装配点5可以通过使用具有合适的弹性模量的柔性胶来获得。实际上，该装配点能够补偿施加在连接到固定装配3的布拉格光栅的中心部分上的任何压力。实际上，该柔性装配点5必须能够在中心区域拉伸和压缩滤波器，从而防止了布拉格滤波器中心部分的形变。此外，该装配点不会改变布拉格滤波器10的光学特性。

上述模块还包括用于使机械结构1变形的机械调节器20。机械调节器20可以是微分间距螺杆或压电调节器。

在图中所示的实施方式中，在把H形结构的中心杆和垂直杆连接的点处，有两个弯曲点7、7’。弯曲点7、7’允许H形结构的垂直杆绕经过垂直于该杆的中心杆的轴旋转。保持弯曲点7、7’到机械结构1的连接。弯曲点7、7’可由接合点形成，或通过对机械结构进行适当的加工而形成，同时允许所述结构的弹性变形。

根据图中所示的实施方式，调节器20平行于机械结构1的H形结构的中心杆而放置，并作用于H形结构的垂直分支。因此，该调节器将位于中心杆同一侧的H形结构的分支隔开。这将导致第一个柔性支架2向H形结构的内部倾斜，而第二个柔性支架2’向H形结构的外部倾斜。

因此。在调节器20的作用下，通过布拉格滤波器10上的两个刚性支架2、2’，施加力F和F’。由机械调节器20产生的力F和F’引起对布拉格滤波器的第一部分的压缩和对其第二部分的拉伸，而保持其中心部分不变。

实际上，柔性支架2、2’与由通过调节器20进行变形的机械结构1的连接，但刚性支架3并不受到变形。刚性装配点4、4’将滤波器10的末端拉至与柔性支架2、2’的变形部分相连，而柔性装配点5吸收了施加在连接到固定支架3的滤波器的中心部分的力。

先将布拉格滤波器10紧压安装在机械结构1中。因此，通过释放初始压力来对该布拉格滤波器的一部分进行压缩。这导致在该滤波器中产生不连续的形变。

通常，机械调节器20产生的力可以使压缩量和拉伸量等于布拉格滤波器10长度的+0.5％和-0.5％。

对于色散补偿的一种应用，布拉格滤波器的压缩部分就是“线性调频”的大间距部分，其伸展部分就是“线性调频”小间距部分。对于提供具有大约0.6nm的“线性调频”的可变间距布拉格光栅的50mm长的滤波器，+0.1％和-0.1％的修正量有可能导致大约+1000ps/nm和-1000ps/nm的色散修正量，同时保持中心布拉格波长不变。

此外，可以通过调节器来精确地控制散射值。例如，机械调节器20可以是提供大约25ps/nm的色散调节量的微分间距螺杆。机械调节器20可以是根据应用手工控制或自动控制的压电调节器。即使在自动调节的情况下，与珀尔帖元件相比，调节器的能耗仍然是最小的。

根据本发明的模块与允许向调节器传输控制信号以根据测量情况调节色散补偿的色散测量装置一同使用。

这样就产生了在DWDM类型的传输线中提供残留色散的可调节补偿的极佳的光学模块。这样的模块还允许在对给定的波长进行传输期间调节色散。

虽然本发明是通过参照特定的实施方式来说明的，其中提出了H形的机械结构，但在保证滤波器的中心部分不受到机械应力的情况下，本发明也包含了允许对第一光纤部分进行压缩并对第二光纤部分进行拉伸的任何其他合适的形状。

Claims (14)

1.一种光色散补偿模块，包括：

机械结构(1)，包括两个柔性支架(2、2’)和一个固定支架(3)；

光纤的一部分(10)，包括可变间距布拉格光栅，所述光纤部分在两个刚性装配点(4、4’)处连接到上述柔性支架(2、2’)，在一个柔性装配点(5)处连接到上述固定支架(3)；

机械调节器(20)，用于作用于机械机构(1)，以将光纤的布拉格光栅部分的第一部分进行压缩并将其第二部分进行拉伸，同时保持该光纤的布拉格光栅部分的中心部分不变。

2.根据权利要求1的模块，其特征在于：

将所述光纤(10)的布拉格光栅部分的末端连接到上述柔性支架(2，2’)，并将所述光纤(10)的布拉格光栅部分的中心部分连接到该固定支架(3)。

3.根据权利要求1或2的模块，其特征在于：

柔性装配点(5)用于补偿施加在连接于上述固定支架(3)的所述布拉格光栅中心部分上的压力。

4.根据权利要求1-3中的任何一项所述的模块，其特征在于：

上述机械机构(1)至少包括两个允许通过机械调节器(20)对所述结构进行变形的弯曲点(7，7’)。

5.根据权利要求1-4中的任何一项所述的模块，其特征在于：

机械结构(1)是H形的，固定支架(3)构成该H形结构的中心杆，以及柔性支架(2，2’)构成该H形结构的两个垂直杆。

6.根据权利要求5的模块，其特征在于：

调节器(20)平行于H形结构的中心杆而放置，并作用于H形结构的两个垂直分支。

7.根据权利要求1-6中的任何一项所述的模块，其特征在于：

机械调节器(20)是压电调节器。

8.根据权利要求1-7中的任何一项所述的模块，其特征在于：

能够被压缩的光纤的布拉格光栅部分的第一部分是该光栅的大间距部分，能够被拉伸的光纤的布拉格光栅部分的第二部分是该光栅的小间距部分。

9.一种色散补偿方法，包括以下步骤：

在波分复用(WDM)传输线上放置根据权利要求1至8中的任何一项所述的至少一个色散补偿模块；

测量色散；

控制机械调节器，以调节对所述色散的补偿。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于：

机械调节器是手工起动的。

11.根据权利要求9的方法，其特征在于：

机械调节器是自动起动的。

12.一种通过波长复用进行光传输的系统，包括：

波分复用(WDM)传输线；

色散测量装置；

根据权利要求1-8中的任何一项所述的至少一个色散补偿模块，用于调节对所述测量的色散的补偿。

13.根据权利要求12的系统，其特征在于：

色散测量装置用于针对所传输的每个波长测量残留色散。

14.根据权利要求12的系统，其特征在于：

色散测量装置用于在传输期间针对给定的波长测量色散相移。

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