KR20040068607A

KR20040068607A - 고차 분산 보상 방법

Info

Publication number: KR20040068607A
Application number: KR10-2004-7010320A
Authority: KR
Inventors: 코크배리제이.; 스미쓰테리엘.; 드바운바바라에이.
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2001-12-31
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-31
Also published as: WO2003058858A2; WO2003058858A3; WO2003058311A2; EP1461879A2; CN1611023A; EP1461881A2; CN1611022A; WO2003058311A3; AU2002367358A1; CN100592666C; AU2002367358A8; AU2002358258A1

Abstract

본 발명에 따라 입력 광통신 신호의 고차 분산을 보상하는 방법은 1차 편광 모드 분산을 상기 신호에 보상하는 단계와, 2차 편광 모드 분산을 상기 신호에 보상하는 단계와, 가변 색분산을 상기 신호에 보상하는 단계를 포함한다. 추가로, 본 방법은 고정 색분산을 보상하는 단계와 입력 신호의 편광을 제어하는 단계를 포함한다. 이 신호는 보상 단계들 후에 모니터링되고, 이 모니터링에 기초하여 보상 정도가 튜닝될 수 있다. 1차 편광 모드 분산을 신호에 보상하는 단계는 신호의 편광을 제어하는 단계와, 신호를 제1 및 제2 직교 편광 성분들로 분할하는 단계와, 제1 편광 성분을 고정 선형 첩 격자 내로 반사시키는 단계와, 제2 편광 성분을 튜닝된 선형 첩 격자 내로 반사시키는 단계와, 제1 및 제2 편광 성분들을 재결합시키는 단계를 포함한다.

Description

고차 분산 보상 방법{METHOD FOR HIGHER-ORDER DISPERSION COMPENSATION}

오늘날 통신 시스템은 광신호가 매우 먼 거리에 걸쳐 전송되는 것을 필요로 한다. 광통신 신호에 있어서, 데이터는 일련의 광학 펄스로 전송된다. 신호 펄스들은 광 파장 및 편광의 분포로 구성되는데, 각각은 그 고유의 특성 속도로 이동한다. 이러한 속도 차이는 펄스 스프레딩과 이로 인한 신호 열화로 이어진다. 속도의 파장 종속성으로 인한 열화는 색 분산으로 알려져 있고, 반면에 편광 종속에 기인한 열화는 편광 모드 분산(polarization mode dispersion; PMD)으로 알려져 있다.

수학적으로, 도파관 내에서의 빛의 속도(v)는 다음과 같이 주어진다.

여기서, c는 자유 공간 내에서의 빛의 속도이며 n은 도파관 내에서의 유효 굴절 지수이다.

통상, 광학 매체의 유효 지수 n은 빛 성분의 파장에 종속적이다. 따라서, 상이한 파장을 갖는 빛의 성분들은 상이한 속도로 이동한다.

파장에 종속적인 것 뿐만 아니라, 도파관 내에서의 유효 지수 또한 광신호의 편광에 종속적일 수도 있다. "단일 모드" 섬유에서조차도, 2개의 직교 편광들이 지지되며, 복굴절이 존재할 때에는 편광들은 상이한 속도로 이동한다. 섬유 내의 복굴절은 제조 차이 및 시간 종속적인 환경 인자들을 포함한 다양한 원인들에 기인할 수 있다. 속도차는 편광 종속적인 이동 시간 또는 복굴절 섬유 내에서의 2개의 상이한 편광 모드 간의 "차등 그룹 속도 지연(differential group delay; DGD)"을 초래한다. 실제 광학 섬유 시스템에 있어서, 복굴절의 크기와 복굴절 축들의 배향은 섬유를 따른 위치마다 차이가 있을 수 있다. 이는 광신호에 대한 보다 복잡한 효과를 초래하는데, 이는 "주편광 상태"(PSP; principal states of polarization)의 개념에 의해 특징 지워진다. PSP는 상대적인 최대 DGD를 경험하는 2개의 편광 상태로서 규정되며, 이들은 시스템의 순간 상태를 유일하게 특징 짓는다.

편광 모드 분산(PMD)은 신호가 광통신 시스템의 상이한 부분들을 통해 전파될 때 2개의 편광 성분들의 상이한 그룹 속도들의 통계적인 합으로부터 기인하는 왜곡(distortion)으로 측정된다. PMD는 1차 PMD와 고차 PMD를 포함하며 비결정적(non-deterministic)이다. 1차 PMD는 소정 파장에서 차등 편광 그룹 지연이다. 긴 섬유에 대한 순간 값은 온도 드리프트(drift)와 같은 느린 변동으로 인해 긴 시간 간격 동안 그리고 기계적 진동에 기인한 편광 요동과 같은 빠른 변동으로 인해 짧은 시간 간격에 걸쳐서 변화할 수 있다. 1차 PMD의 평균값을 나타내는 계수는 비교적 열등한 PMD 성능 섬유에 대한 2 ps/㎞^1/2보다 큰 값에서 비교적 양호한 PMD 성능 섬유에 대한 0.1 ps/㎞^1/2미만의 값까지 변화할 수 있다.

2차 PMD는 주로 2개의 원인에 기인한다. 즉, i) 파장에 따라 변하는 1차 PMD, ii) 파장에 따른 시스템 PSP 배향의 변화로서, 이는 파장에 따라 PMD의 변화를 초래한다. 2차 PMD는 파장 종속적인 그룹 지연을 일으키는데, 이는 가변 색분산(variable chromatic dispersion)과 균등한 효과를 가지며, 음 또는 양의 부호를 가질 수 있다. 요동 속도는 1차 PMD의 요동 속도와 동일한 차수이다.

색분산에는 2가지 종류가 있다. 즉, 결정적인 것과 가변적인 것이 그것이다. 결정적 분산은 고정 굴절 지수를 갖는 도파관의 단위 길이당 설정된 색분산이다. 결정적 분산은 소정 세트의 환경적 조건들에 대하여 비교적 고정적이다(예컨대, 표준 단일 모드 섬유에 대해 ∼17 ㎰/㎚*㎞). 예를 들어, 17 ㎰/㎚*㎞는 0.1 나노미터(㎚)의 대역폭을 갖는 데이터를 전송하는 10 킬로미터(㎞) 시스템은 대략 17 피코초(㎰)의 색분산을 겪는다는 것을 의미한다.

가변적 색분산은 예를 들어 채널들의 추가 또는 생략으로 인한 섬유 링크 길이에 의해 그리고 인장 강도 및/또는 온도 변동으로 인한 변화에 기인한다. 색분산이 변하게 되는 양으로 예측되는 합리적인 값은 -500 ㎰/㎚ 내지 +500 ㎰/㎚의 범위에 있다.

PMD 및 색분산만의 효과에 덧붙여, 색분산 및 PMD 모두의 동시 존재로 인한 고차 분산 교차 항(cross term)이 있다. 색분산과 2차 PMD 사이의 이러한 교차 항은 평균값이 0이지만, 0이 아닌 제곱평균제곱근(RMS) 기여(contribution)를 갖는다. 2차 PMD 항과 유사하게, RMS 값은 양 또는 음의 기여를 가질 수 있다. RMS 기여의 크기는 섬유의 PMD 계수에 따라 1％ 미만의 색분산에서부터 색분산과 동일한 차수에 이르도록 변화할 수 있다.

분산은 전송 대역폭 상에 심각한 제한을 가하는데, 특히 대양 횡단 루트와 같은 장거리를 횡단하는 경우에 더욱 그러하다. 분산 문제는 보다 높은 비트 속도에서 더욱 더 중요해지는데, 이 경우 광 펄스간의 간격이 작으며 짧은 펄스는 보다 넓은 신호 스텍트럼 대역폭을 초래하여, 분산 효과 및 고차 PMD 효과를 악화시킨다. 40 Gb/s 이상의 비트 속도에서, "양호한" 섬유(≤ 0.1 ㎰/㎞^1/2PMD 계수)에서 조차도 장거리 링크들은 고차의 동적 보상을 필요로 하는 것으로 여겨진다. 분산은 전체 시스템 길이를 제한하거나 전기 신호 재생을 허용하도록 추가적인 광전광신호 변환을 위한 필요성에 기인한 시스템 비용의 증가시키는 억제 인자가 될 수도 있다.

고차 분산은 과거의 분산 보상 장치에서는 충분히 인식되지도, 측정되지도 언급되지 못해 왔다. 고차 분산의 원인 및 요인을 이해하는 것은 고차 분산 보상 해결책을 제공하는 데에 있어서 중요하다.

"양호한" 섬유(0.1 ㎰/㎞^1/2의 PMD 계수)에 대한 예시적인 계산값들은 다음과같다:

색분산 항: 17 ㎰/㎚*㎞

1차 PMD 계수: 0.1 ps/㎞^1/2

2차 PMD 계수: 0.006 ㎰/㎚*㎞

교차 항 RMS 양: 0.37 ㎰/㎚*㎞

"열등한" 섬유(1㎰/㎞^1/2)에 대한 예시적인 계산값들은 다음과 같다:

색분산 항: 17 ㎰/㎚*㎞

1차 PMD 계수: 1 ps/㎞^1/2

2차 PMD 계수: 0.6 ㎰/㎚*㎞

교차 항 RMS 양: 3.7 ㎰/㎚*㎞

PMD의 2차 계수는 1998년 5월에 출간된 광파장 기술 제이엘티-16의 제5편 제757페이지 내지 제711 페이지(IEEE J. of Lightwave Tech., JLT-16, No. 5, pp. 757-771, May 1998)의 "2차 편광 모드 분산(Second-Order Polarization Mode Dispersion): 아날로그 및 디지탈 전송상의 충격(Impact on Analog and Digital Transmissions),"에 기재된 이론에 기초하여 계산될 수 있는데, 상기 문헌은 본원에 참고 자료로 합체되었다.

2차 PMD 계수 = (1차 PMD 계수)²/1.73

수학식 2는 최종 색분산의 제곱평균제곱근(RMS) 만을 설명하고 있다. 교차 항은 다음과 같이 계산되었다.

교차 항 = (17)^1/2*(1차 PMD 계수)^1/2*1.16

그러므로, 높은 PMD 계수를 갖는 섬유의 경우에, PMD는 2차 PMD 항과 교차 항을 통해 누적된 색분산으로 인해 고정 색분산 보상만이 사용된 때에만 문제를 일으킬 수 있음을 알 수 있다. 이는 섬유 PMD 계수들이 더 커지거나 비트 속도가 높아지면 보상되지 않은 분산값이 높아지는 것으로 이어진다.

이러한 분석으로부터, 최근에 생산되는 최상의 섬유(∼0.025 ㎰/㎞^1/2이라고 가정)를 사용하는 경우에조차도, 전파 거리는 2차 PMD와 교차 항들의 영향을 제거하기 위한 동적 색분산 보상을 수행하지 않는다면 10 Gb/s 전송 속도의 경우 ≤ 3000 ㎞(분산 < 0.3 * 100 ㎰) 정도로 그리고 40 Gb/s 전송 속도의 경우 ≤ 200 ㎞(분산 < 0.3 * 25 ㎰) 정도로 아마 제한될 것이다.

다수의 논문들이 고차 분산 보상 문제를 알리고자 하였다. 하나의 방법은 멀티섹션 PMD 보상기를 사용하는 것이다. 이와 같은 방법은 고가이며 또한 가능한 가변 색분산 보상의 양이 제한적일 것이다. 다른 방법은 펄스의 여러 부분들에 특정 첩(chirp)를 선택적으로 추가하고 펄스를 압축하기 위해 정확한 부호를 갖는 펄스를 고 분산 요소를 통해 전송하는 것이다. 그러나, 이와 같은 방법은 클럭 회복(clock recovery) 및 위상 변조의 필요성으로 인해 고가이며 또한 리시버 단자에서만 사용 가능할 수 있다. 더욱이, 잔여 분산이 낮은 경우에만 작동될 수 있다.

PMD 뿐만 아니라, 색분산 및 고차 분산도 동적으로 조정하는 분산 보상 시스템이 여전히 요구된다. 가까운 미래에 계획하고 있는 광학 추가/누락 시스템으로 인한 온도 변동을 보상해야 하는 필요성 및 가변 경로 길이의 가능성과 같이 증가된 통신 시스템의 요건은 동적이고 비용 효율적인 보상 시스템을 요구한다.

본 발명은 광신호의 분산 보상을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 2개의 편광 분해 신호의 반사점을 선택적으로 튜닝하여 가변적인 고차 종속적인 지연을 생성하도록 적어도 2개의 첩 격자(chirped Bragg grating)를 사용하는 고차 분산 보상 방법에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 동적 고차 분산 보상 방법을 위한 개략적인 성분 흐름도.

도2는 본 발명에 따른 동적 고차 분산 보상 시스템의 제1 실시예의 개략도.

도3은 본 발명에 다른 동적 고차 분산 보상기의 제2 실시예의 개략도.

도4는 본 발명에 따른 동적 고차 분산 보상기의 제3 실시예의 개략도.

본 발명은 1차 편광 모드 분산 성분, 2차 편광 모드 분산 성분 및 가변 색분산 성분을 갖는 신호를 튜닝하기 위한 고차 분산 보상기에 관한 것이다.

보상기는 편광 제어된 신호의 1차 편광 모드 분산 성분을 조정하는 제1 튜닝 요소와 편광 제어된 신호의 2차 편광 모드 분산 성분 및 가변 색분산 성분을 조정하는 제2 튜닝 요소를 포함한다. 보상기는 임의의 편광으로 된 입사 광선을 소정 상태의 편광을 갖는 편광 제어된 신호로 변환하는 편광 제어기를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 제1 튜닝 요소는 편광 제어된 신호를 수용하기 위해 결합된 편광 비임 스플리터/컴바이너를 포함하는 차등 고차 지연 라인을 포함하는데, 편광 비임 스플리터는 편광 제어된 신호를 제1 편광 성분과 제2 직교 편광 성분으로 분할한다. 제1 편광 성분을 반사시키도록 조정된 제1 격자와 제1 참조 반사점을 갖는 제1 도파관은 제1 편광 신호를 수용하도록 광학적으로 결합된다. 제2 편광 성분을 반사시키도록 조정된 제2 격자와 제2 참조 반사점을 갖는 제2 도파관은 제2 편광 신호를 수용하도록 광학적으로 결합된다. 제1 도파관은 제1 참조 반사점에서 제1 편광 신호를 반사시키도록 조정된 제1 첩 격자를 갖는다. 제2 도파관은 스플리터의 제2 출력 포트에 광학적으로 결합되고 그에 정렬된다. 제2 도파관은 제2 편광 신호를 반사시키도록 조정된 제2 첩 격자를 가지며 제2 참조 반사점을 갖는다. 본 발명의 실시예에 따라, 격자들의 첩는 선형, 비선형 또는 보다 복잡한 공간 종속성을 가질 수 있다. 특정 장치의 경우에는, 격자들의 길이가 1 미터 이상일 수 있다.

예시적인 제1 실시예에 있어서, 2개의 격자들 모두는 1차 PMD 보상과 고정 색분산 보상을 수행하기 위해 선형으로 첩된 브래그 격자들이다. 제1 튜닝 기구는 기계적으로 격자에 응력을 가하는 것과 같은 방법에 의해 격자들 중 하나를 튜닝한다.

다른 실시예들에 있어서, 2개의 격자들 모두는 1차 및 2차 PMD 보상 뿐만 아니라 고정 및 가변 색분산 보상을 모두 수행하기 위해 비선형으로 첩될 수 있다. 다른 패턴 또는 보다 복잡한 첩 패턴들이 보다 구체적인 또는 보다 높은 차수(3차, 4차 등)의 보상을 수행하기 위해 선택될 수 있다.

제1 격자 및 제2 격자는 대체로 동일한 반사 프로파일과 대체로 동일한 첩 속도를 가질 수 있으며, 제1 및 제2 참조 반사점들은 대체로 동일한 광 경로 길이에 있을 수 있다. 이와는 다르게, 튜닝 기구의 조정에 앞서서, 격자들의 반사점들 중 하나는 제2 반사점보다 분할점으로부터 보다 짧은 광 경로 길이에 있을 수 있다.

제2 튜닝 요소는 제3 비선형 첩 브래그 격자를 갖는 제3 도파관과 제3 격자를 조정하는 제2 튜닝 기구를 포함할 수 있다. 제3 비선형 첩 브래그 격자 내에서의 첩 값의 범위는 가변 색분산 보상의 상대적인 범위를 결정할 수 있다.

시스템은 보상하고자 하는 고정 색분산의 양에 해당하는 제1 및 제2 격자들의 평균 첩 속도를 포함하는 정적 색분산 성분을 더 포함한다.

광신호를 라우팅하기 위해 서큘레이터(circulator)가 사용될 수 있다. 일 실시예는 4-포트 서큘레이터를 포함하는 바, 이 서큘레이터는 편광 제어 신호를 수신하기 위해 광학적으로 결합된 입력 포트와, 제어기 출력 신호를 차등 편광 지연 라인으로 전송하고 지연 라인 출력을 수신하기 위해 광학적으로 결합된 제1 재순환 포트와, 지연 라인 출력 신호를 제2 튜닝 요소로 전달하고 제2 튜닝 요소 출력 신호를 수신하기 위해 광학적으로 결합된 제2 재순환 포트와, 최종 출력 신호를 전송하기 위해 광학적으로 결합된 출력 포트를 갖는다.

다른 예시적인 실시예에 있어서, 제1 튜닝 요소와 제2 튜닝 요소는 편광 제어된 신호를 수신하기 위해 결합된 편광 비임 스플리터를 포함하는 바, 이 편광 비임 스플리터는 편광 제어된 신호를 제1 편광 성분과 제2 직교 편광 성분으로 분할한다. 제1 도파관은 제1 편광 신호를 수신하기 위해 광학적으로 결합되며, 제1 도파관은 제1 편광 신호를 반사시키도록 튜닝된 제1 비선형 첩 격자를 가지며 제1 참조 반사점을 갖는다. 제2 도파관은 제2 편광 신호를 수신하도록 광학적으로 결합되며, 제2 도파관은 제2 편광 신호를 반사시키도록 튜닝된 제2 비선형 첩 격자를 가지며 제2 참조 반사점을 갖는다. 제1 튜닝 기구는 제1 및 제2 격자를 동시에 튜닝하며 제2 튜닝 기구는 제1 격자와 독립적으로 제2 격자를 튜닝한다. 보상기는정적 색분산 보상 요소를 가질 수도 있는데, 제1 및 제2 격자들의 평균 첩 속도는 보상하고자 하는 고정 색분산 양에 해당한다.

이 실시예에 있어서, 1차 편광 모드 분산 보상 요소는 제2 튜닝 기구와 제2 격자를 포함하며, 1차 편광 모드 분산 보상은 제1 격자와 개별적으로 제2 비선형 첩 격자를 튜닝함으로써 달성된다. 2차 편광 모드 분산 보상 및 가변 색분산 보상 요소들은 제1 및 제2 격자와 제1 튜닝 기구를 포함하며 가변 색분산 보상 및 고차 편광 보드 분산 보상은 제1 및 제2 격자들을 일제히 튜닝함으로써 달성된다.

또 다른 실시예에 있어서, 고차 분산 보상기는 입력 신호를 수신하도록 결합된 색분산 보상기와, 색분산 보상기에 광학적으로 결합되며 데이터 펄스들의 부분들을 선택적으로 첩하는 위상 변조기와, 위상 변조된 신호를 수신하도록 결합된 튜닝가능한 동적 분산 요소를 포함한다. 튜닝가능한 동적 분산 요소는 편광 제어된 신호를 반사시키도록 튜닝되며 제1 참조 반사점을 갖는 제1 비선형 첩 격자를 갖는 제1 도파관과, 제1 격자를 튜닝하는 제1 튜닝 기구를 포함한다.

보상기는 격자에 의해 반사된 신호를 평가하여 그에 따른 제어 신호를 튜닝 기구에 제공하도록 광학적으로 결합되는 신호 분석기를 포함한다. 이 신호 분석기는 제어 신호를 위상 변조기로 더 제공할 수 있다.

도파관들은 예시적으로는 광섬유이다. 구체적인 실시예들에 있어서, 도파관은 광학 단일 모드 편광 유지(PM) 섬유, 편광(PZ) 섬유 및/또는 형상화된 광섬유일 수 있다.

보상기는 신호 분석기를 더 포함하는 적응형 보상기일 수 있는데, 이 신호분석기는 적어도 하나의 튜닝 기구에 제어 신호를 제공한다.

분산 보상기는 니오브산 리튬 칩과 같은 집적 광학 칩 내에 적어도 부분적으로 집적될 수 있다. 도파관들은 채널 도파관일 수 있다. 대체 튜닝 기구들은 음향적으로, 열적으로, 전기 광학적으로 또는 기계적으로 격자들을 튜닝할 수 있다.

본 발명에 따라 입력되는 광통신 신호의 고차 분산을 보상하기 위한 방법은 1차 편광 모드 분산을 신호에 보상하는 단계와, 2차 편광 모드 분산을 신호에 보상하는 단계와, 가변 색분산을 신호에 보상하는 단계들을 포함한다. 추가로, 본 방법은 고정 색분산을 보상하는 단계와 입력 신호의 편광을 제어하는 단계를 포함한다. 신호는 보상 단계들 후에 모니터되며 보상 정도는 이 모니터링에 기초하여 튜닝된다.

1차 편광 모드 분산을 신호에 보상하는 단계는 신호의 편광을 제어하는 단계와, 신호를 제1 및 제2 직교 편광 성분들로 분할하는 단계와, 제1 편광 성분을 고정 선형 첩 격자로 반사시키는 단계와, 제2 편광 성분을 튜닝된 선형 첩 격자로 반사시키는 단계와, 제1 및 제2 편광 성분들을 재결합시키는 단계들을 포함한다.

2차 편광 모드 분산을 신호에 보상하는 단계는 신호를 튜닝된 비선형 첩 격자 내로 반사시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 방법의 특정 실시예에 있어서, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 즉,

ㆍ 통신 신호의 주편광 상태를 보상기 시스템의 주편광 상태에 정확히 정렬시키기 위해 입력 광통신 신호의 편광 상태를 조정하는 단계,

ㆍ 분할점에서 통신 신호를 편광의 제1 및 제2 직교 주요 상태들로 분할하는 단계,

ㆍ 제1의 편광 상태들을 제1 반사점을 갖는 제1 비선형 첩 격자를 구비한 제1 도파관으로 안내하는 단계,

ㆍ 제1 첩 격자와 사실상 유사한 첩 패턴을 갖고 제2 반사점을 갖는 제2 비선형 첩 격자를 갖는 제2 도파관으로 제2의 편광 상태들을 배향하는 단계,

ㆍ 격자들을 따른 제1 및 제2 반사점들의 위치를 변경함으로써 제1 및 제2 반사의 색분산을 조정가능하게 변경하는 단계,

ㆍ 편광의 제1 및 제2 직교 상태들 사이의 편광 분산을 보상하기 위해 제1 및 제2 반사점들과 분할점 사이의 상대 광 경로 길이를 조정가능하게 변경하는 단계, 및

ㆍ 제1 및 제2 편광 상태들을 출력 신호로 재결합하는 단계.

본 방법은 출력 신호의 품질을 샘플링하는 단계들을 더 포함할 수 있다. .품질 판독치를 사용하므로, 본 방법은,

ㆍ 출력 신호의 품질에 따라 1차 편광 모드 분산을 보상하기 위해 입력 신호의 편광 상태와 분할점에 대한 2차 반사점의 광 경로 길이를 적응식으로 조정하는 단계, 및/또는

ㆍ 신호 중의 분산을 보상하기 위해서 분할점에 대한 제1 및 제2 반사점들 중 하나 또는 모두를 적응식으로 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

제2 반사점으로부터 광 경로 길이를 조정 가능하게 변경하는 단계에 앞서,격자들 중 적어도 하나의 광 경로는 제2 반사점이 소정 위치, 예를 들어 제1 반사점과 같이 분할점으로부터 동일한 광 경로 길이에 또는 상이한 경로 길이에 있도록 튜닝될 수 있다. 차이는 편광의 제1 및 제2 직교 상태들 사이의 예측 편광 분산 지연에 따라 선택될 수 있다.

본 발명에 따라 광통신 신호의 고차 분산을 보상하기 위한 방법의 다른 실시예에 있어서, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 즉,

ㆍ 통신 신호를 제1 및 제2 직교 주편광 상태들로 분할하는 단계,

ㆍ 제1 편광 상태들을 제1 선형 첩 격자를 갖는 제1 고 복굴절율 광학 도파관 - 여기서, 상기 제1 광학 도파관은 제1 광 경로 길이에 제1 반사점을 가짐 - 으로 배향하는 단계,

ㆍ 제2 편광 상태들을 제2 선형 첩 격자를 갖는 제2 튜닝가능한 고 복굴절율 광학 도파관 - 상기 제2 광학 도파관은 제2 광 경로 길이에 제2 반사점을 가짐. - 으로 배향하는 단계,

ㆍ 제1 및 제2 편광 상태들을 출력 신호로 재결합하는 단계,

ㆍ 출력 신호를 반사점을 갖는 비선형 첩 격자를 갖는 제3 고 복굴절율 광학 도파관으로 배향하는 단계,

ㆍ 편광의 제1 및 제2 직교 상태들 사이의 편광 분산을 보상하기 위해 제2 선형 첩 격자의 제2 광 경로 길이를 조정 가능하게 변경하는 단계, 및

ㆍ 출력 신호 중의 고차 분산을 보상하기 위해 제3 격자 내의 광 경로를 조정 가능하게 변경하는 단계.

제2 첩 격자는 제1 첩 격자와 대체로 유사한 첩 패턴을 가질 수 있으며, 제2 격자는 스를릿 점으로부터 제1 반사점과 대체로 동일한 광 경로 길이에 있는 제2 반사점을 갖는다. 또한, 출력 신호는 입력 신호의 편광 상태로 샘플링될 수 있으며 제2 반사점의 광 경로 길이는 출력 신호의 품질에 따라 조정될 수 있다.

본 발명은 고차 분산 보상(HDC)을 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 광손실 및 설비 총경비(equipment overhead)를 최소화하면서 색분산, 편광 모드 분산, 고차 편광 모드 분산 및 가변 색분산으로 구성되는 고차 분산의 효과를 동시에 보상할 수 있다. 고차 분산 보상은 색분산, 편광 모드 분산, 2차 편광 모드 분산 및 가변 색분산 보상을 포함하는 것으로 정의된다.

본 발명의 예시적인 실시예는 적응형 고차 분산 보상기 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 편광 제어기, 차등 편광 지연 유닛, 동적 색분산 보상 요소 및 고정 색분산 요소를 포함한다. 본 발명의 다양한 형태에 있어서, 이들 과제들은 2개, 3개 또는 4개의 요소들에 의해 수행된다. 예를 들어, 일 실시예에서 4개의 과제 모두가 별도의 요소들에 의해 수행되기도 하지만, 다른 실시예에서는 편광 제어를 제외한 모든 과제들이 하나의 보상 요소에 의해 수행된다.

격자 광섬유(FBG)와 같은 도파관 내의 첩 반사 격자들이 직교 편광들 사이에서 시간 지연을 생성하기 위해 사용된다. 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 있어서, 적어도 2개의 첩 브래그 격자들이 격자들의 첩 및 격자들의 튜닝 수준에 따라서 색분산의 보정량을 유도하면서 직교하는 편광들 사이에서 시간 지연을 생성하는 데에 사용된다. 신호 분석 방법은 특정 분산 성분의 수준 또는 모든 분산 성분들의 수준을 나타내며, 제어 계획(control scheme)은 시스템을 최적화하기 위해 신호 분석 결과를 사용하게 된다.

보상하고자 하는 신호들은 제1 편광 모드 분산 성분, 2차(및/또는 높은 차수의) 편광 모드 분산 성분, 가변(또는 동적) 색분산 성분 및/또는 정적(고정) 색분산 성분을 포함한다. 도1은 본 발명에 따라 고차 분산 보상을 신호에 제공하는 데에 사용되는 예시적인 방법의 단계들의 공정도이다. 입력 신호(142)는 편광 제어기(140)를 횡단하는데, 이 편광 제어기는 임의의 입사 편광으로 된 빛을 소정 상태의 편광을 갖는 제어된 출력 신호(144)로 변환한다. 제어된 출력 신호는 총 펄스 왜곡을 최소화하는 고정 색분산 보상기(112)를 통과한다. 도입되는 음의 색분산량은 보상기까지 유도되는 예측 링크 길이에 따라 좌우된다. 논의된 대부분의 실시예들의 경우, 이러한 기능은 첩 섬유 브래그 격자들의 사용으로 인해 다음의 단계들과 동시에 수행될 것이다.

신호 출력은 1차 PMD 보상기(114)를 통해 전송된다. 그런 다음, 그 신호는가변 색분산 보상기(116)를 통해 전송되는데, 이는 임의의 동적 색분산 뿐만 아니라 임의의 잔여 2차 PMD 모두를 보상한다. 최종적으로, 최종적인 보상된 출력 신호(148)는 신호 분석 모듈(120)에 의해 광신호 탭(118)을 통해 모니터링되는데, 이 신호 분석 모듈은 편광 제어기(140) 및 적당한 분산 보상 요소(110)들과 같은 요소들을 제어하기 위해 제어 신호(128)를 출력한다.

진공 파장(λ)의 광신호에 가장 강하게 반사하는 격자 주기(Λ)는 다음과 같이 주어진다.

Λ = λ/ 2n

여기서, n은 도파관의 유효 지수이다. 따라서, Λ(x)를 제어함으로써, 격자 내의 신호 펄스의 반사점, 따라서 전파 시간이 제어될 수 있다. 더욱이, 격자를 따른 기간(또는 "첩")의 해당 구배(dΛ/dλ)를 갖는 기간(Λ(x))의 첩 격자로부터 반사되는 신호로 전달되는 색분산은 다음과 같이 주어진다.

D = (c * dΛ/dx)^-1

격자 주기(Λ(x))를 적당히 설계 및 튜닝함으로써, 격자 내의 펄스에 의해 경험되는 총 지연과 색분산을 모두 제어할 수 있다.

사용되는 분산 측정 기술의 종류와 개수는 상황에 따라 변동될 수 있다. 도1은 3가지 기술, 즉 DOP 측정(122), 서브 하모닉 필터링(124) 및/또는 주파수 변조(126)의 사용을 나타낸다. 편광 모니터링과 전기적 서브하모닉(subharmonic) 주파수 필터링과 같이 2개 이상의 측정 기술을 동시에 사용하는 것에 유용하다. 그러나, 이는 보상기 비용을 증가시키므로 단 하나의 기술을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 측정 기술 또는 도시된 기술의 변형이 유용할 수 있다. 일부 예로는 횡 필터링(transversal filtering), 스캐닝 필터에 의한 DOP 측정, 또는 비트 오류율 테스터(Bit Error Rate Tester) 또는 디지털 통신 분석기(Digital Communications Analyzer)를 사용한 육안 분석(direct eye analysis)이 있다. 피드포워드 및 피드백 측정 기술은 모두 신호를 대략적으로 분석하는 데에 사용될 수 있다.

도1에 도시된 실시예로부터의 일부 보상 요소들에는 추가적인 기능을 갖추기 위해 다양한 피드포워드 방법(feed-forward approach) 또는 위상 변조 보상 방법이 결합될 수 있다.

도2는 본 발명에 따른 고차 보상 시스템(200)의 제1 실시예의 개략도로서, 2차 분산 및 1차 분산은 별도의 보상 요소들에 의해 보상된다. 통신 신호(242)는 편광 제어기(240)를 통해 시스템 내로 들어가며, 입력 신호(242)의 편광 상태가 변경된다.

그런 다음, 제어기 출력 신호(244)가 제1 서큘레이터(250)를 통과한다. 서큘레이터(250)는 제어기 출력 신호(244)를 수신하도록 결합된 입력 포트와, 제어기 출력 신호를 1차 PMD에 전송하도록 광학적으로 결합된 재순환 포트와, 본 예에서는 (반사된 신호를 위한 복귀 경로를 제공하는) 차등 지연 라인(260)과 반사된신호(246)를 다른 서큘레이터(252)로 전송하도록 결합된 출력 포트를 포함하는 고정 색분산 보상 요소를 갖는다.

차등 지연 라인(260)은 편광 비임 스플리터/컴바이너(262), 제1 고정 지연 요소(270) 및 제2 튜닝 가능한 지연 요소(280)를 포함한다. 편광 비임 스플리터(262)는 제어기 출력 신호를 2개의 직교 편광 성분들로 분할한다. 하나의 편광 성분은 제1 고정 지연 요소 아래로 이동하며, 이는 제1 선형 첩 브래그 격자(274)를 갖는 제1 정렬된 도파관(272)를 전형적으로 포함한다. 제2 편광 성분은 제2 지연 요소(280) 아래로 이동하는데, 이는 제2 선형 첩 브래그 격자(284)가 구비된 제2 도파관(282)을 전형적으로 포함한다. 다른 보다 복잡한 첩 패턴들이 보다 구체적인 또는 보다 높은 차수(3차, 4차 등)의 보상을 수행하도록 선택될 수 있다. 도파관들은 복굴절성일 수 있는데, 이로써 각각의 2개의 편광 모드들 사이의 결합(coupling)을 억제한다. 차등 지연 요소는 제1 도파관과 제2 도파관을 포함한다. 이 도파관들과 스플리터의 출력 포트들은 광학적으로 결합되며 그들의 코어와 편광 축들을 정합함으로써 정렬된다.

신호들은 신호의 파장에 대응하는 격자(274, 284)들 내부의 반사점에서 반사된다. 이러한 지점은 튜닝 기구(286)를 사용하여 격자(284)를 튜닝함으로써 제2 도파관(282) 내에서 변경될 수 있다.

튜닝 기구(286)는 신호의 참조 반사점을 변경하도록 격자 요소들의 유효 주기를 변경함으로써, 분할점에 대한 참조점들 중 하나 또는 모두의 광 경로 길이를 가변적으로 조정할 수 있다. 격자 주기를 튜닝하기 위한 기구는, 격자를 인장 또는 압축시키기 위해 축방향으로 기계적인 응력을 인가하는 것, 격자 지수를 전기 광학적으로 제어하도록 전기장을 인가하는 것, 격자 지수를 열 광학적으로 제어하도록 열을 가하는 것, 또는 격자를 음향적으로 및/또는 기계적으로(예를 들어, 격자를 인장 또는 압축시킴으로써) 튜닝하는 기구와 같은 당해 분야에 공지된 다른 튜닝 기구를 사용하는 것을 포함한다.

도파관(272, 282)은 예시적으로 광섬유이다. 구체적인 실시예에 있어서, 도파관(272, 282)은 광학 단일 모드 편광 유지(PM) 섬유, 편광(PZ) 섬유 및/또는 동시 계류중인 미국 특허 출원 제09/515,187호와 미국 특허 제6,459,838호에 기재된 것과 같은 형상화된 광섬유일 수 있으며, 상기 출원과 특허는 모두 본원에 참고자료로 합체되었다.

신호가 반사되어 서큘레이터(250)에 복귀하면, 2개의 격자들의 반사 지점들 간의 광 경로 길이 차이로 인해 1차 PMD가 보상되고, 격자들이 보상하고자 하는 고정 색분산량에 해당하는 소정 첩 비율을 갖기 때문에 고정 색분산을 보상하게 될 것이다. 따라서, 제1 격자(274)와 제2 격자(284)의 평균 첩 비율은 고정 색분산 보상량을 결정한다.

예시적인 본 실시예에 있어서, 제1 격자와 제2 격자는 모두 동일한 반사 프로파일을 가지며 사실상 동일한 첩 비율을 가지며, 제1 및 제2 참조 반사점들은 사실상 동일한 광 경로 길이에 있다.

선택적으로, 제1 튜닝 기구에 의한 조정에 앞서, 제1 격자의 제1 반사점은 제2 반사점보다 비임 스플리터의 분할점으로부터 짧거나 긴 광 경로 길이에 있을수 있다. 분할점에 대한 제1 및 제2 참조 반사점들의 초기 위치(즉, 단편의 광 경로 길이)는 특정 장치에 맞추어진다. 예측 DGD가 튜닝 기구의 범위를 초과하지 않는 장치에 있어서, 제1 및 제2 반사점들은 분할점에 대하여 사실상 동일한 광 경로 길이에 있을 수 있다. 선택적으로, 1차 PMD의 모두 또는 일부를 보상하기 위해 하나 또는 다른 참조 반사점들이 바이어스되고, 즉 상이한 광 경로 길이를 가질 수 있다.

본 발명의 여러 요소들은 복굴절 도파관을 포함하는 LiNbO₃칩과 같은 집적 광학 장치 내에 집적될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 편광 제어기와 차등 지연 라인은 단일한 LiNbO₃칩 상에 집적된다. 다른 실시예에 있어서, 파장 분할 다중 송신(wavelength division multiplexing; WDM) 시스템 내의 이웃하는 채널들로부터의 편광 분산 보상기 성분들이 단일 LiNbO₃칩 상에 직접될 수 있다. 물론, 다른 재료 시스템에 기초한 집적 광학 장치들도 사용될 수 있다.

이어서, 신호(246)는 제2 서큘레이터(252)를 통해 통과하는데, 이는 가변 색분산, 고차 PMD 분산 보상기(264)로부터 반사된 때 신호의 복귀 경로를 제공한다. 보상기(264)는 도파관(292)을 포함하는 제3 지연 요소(290)를 포함하며, 이는 튜닝된 제3 격자(294)를 포함한다. 이 경우에, 격자(294)는 비선형으로 첩된다.

예시적으로, 도파관(272, 282, 292)은 단일 모드 광섬유이다. 예시적인 실시예에 있어서, 섬유는 편광 유지 섬유이다. 격자(294)를 튜닝 기구(296)를 사용하여 적절히 (응력을 인가하거나 또는 온도 구배를 인가함으로써) 튜닝함으로써,가변 색분산 및 고차 편광 모드 분산이 모두 함께 동적으로 보상되게 된다. 선형 첩 격자(274, 284) 내의 첩량은 후속 단편 내의 비선형 첩 격자(294)에 의해 유도되는 평균 색분산을 고려하여 조정되어야 한다. 비선형 첩 도파관 격자 내의 첩값의 범위는 가변 색분산 보상의 상대 범위를 결정하게 된다.

도시된 3개의 격자 형태들은 상이한 첩 및 대역폭 격자의 기록에 있어서의 가변성으로 인해 레이아웃을 변경하지 않으면서도 PMD, 색분산 및 가변 색분산 보상량의 매우 유동적인 범위를 허용한다.

다시 도2를 참조하면, 광학 탭 결합기가 출력 신호의 샘플을 신호 분석기(220)에 제공하기 위해 서큘레이터의 출력 포트에 결합될 수 있다. 분석기(220)는 지연 라인 출력 신호의 품질을 평가하며 편광 제어기와 자동 편광 지연 유닛에 제어 신호를 제공한다. 제어 신호(228)는 편광 제어기(240)와 신호(248)를 샘플링하는 신호 분석 모듈(220)로부터 선형 첩 도파관 격자(284) 및 튜닝된 비선형 첩 도파관 격자(294)용 튜닝 기구로 나아간다. 전술한 바와 같이, 양호한 검사 방법은 상황에 따라 좌우된다.

도2의 분산 보상 요소들의 배치는 예시적인 것이다. 예를 들어, 가변 색분산/고주파 PMD 보상기(264)를 1차 PMD/고정 색분산 보상기(260) 전에 위치할 수 있다. 또한 튜닝된 비선형 첩 도파관 격자가 편광 유지 섬유(PMF) 내에 기록된 섬유 브래그 격자(FBG)이면, 추가된 1차 PMD 보상으로 인해 보다 높은 기능성을 얻기 위해 가변 색분산/고주파 PMD 보상기(264) 전에 2차 편광 제어기(도시되지 않음)를 사용할 수 있다. 또한, 2개의 3-포트 서큘레이터(250, 252)를 단일한 4-포트 서큘레이터로 대체하여 하나의 성분을 제거할 수 있다.

동적 고차 분산 보상을 달성할 수 있는 다른 보상기(300)가 도3에 도시되어 있다. 이 보상기(300)에서, 신호는 먼저 고정 색분산 보상기(312)를 통과하여, 1차 PMD와 고차 분산 성분들(2차 PMD와 가변 색분산) 만이 남게 된다. 그런 다음, 비선형 첩 브래그 격자(394)를 갖는 도파관(392)과 위상 변조기(380)를 포함하는 1차 및 2차 PMD 및 동적 색분산 보상기를 통과한다. 위상 변조기(380)는 적시에 신호의 일부분들에 선택적으로 첩(㎰/㎚)를 추가한다. 위상 수정 모듈(382)은 위상 변조기용 제어 신호(327)를 제공한다. 위상 수정 모듈(382)의 목적은 변조기에 의해 제공되는 처핑(chirping)의 주기와 위상을 입력 신호, 예를 들어 NRZ 인코딩 신호의 적당한 위상 및 주기와 정렬시키기 위한 것이다. 그런 다음, 처핑된 신호는 서큘레이터(350)를 통해서 비선형 첩 브래그 격자(394)를 포함하는 도파관(392) 내로 들어간다. 비선형 첩 브래그 격자(394)는 적당 수준의 분산(㎰/㎚)을 갖도록 튜닝 기구(396)에 의해 튜닝된다. 신호의 일부분들에 인가되는 첩와 튜닝된 격자(394)에 의해 전달된 분산의 조합이 적시에 펄스의 에지들을 압축하는 효과를 갖게 됨으로써, 임의의 잔여 및/또는 고차 분산 성분들을 보상하게 된다.

브래그 격자(394)로부터 복귀한 후에, 신호(348)는 출력 재순환 포트를 통해 서큘레이터(350)를 떠나고, 신호 분석 모듈(320)에 의해 샘플링된다. 신호 분석 모듈(320)은 비선형 첩 브래그 격자(394)를 적절히 튜닝하기 위해 튜닝 기구(396)에 적당한 제어 신호를 공급한다. 신호 분석을 위한 전형적인 후보는 서브하모닉 필터링인데, 그 이유는 위상 변조기와 분산성 요소(비선형 첩 FBG) 조합이 모든 종류의 분산을 보상하기 때문이다. 또한, 이러한 보상 방법을 위한 전형적인 위치는 링크의 리시버 단부에 있는데, 여기에서 신호의 전기적 표현이 제공된다. 이 경우, 서큘레이터(350) 후에 리시버가 있어서, 신호(348)가 광학적이기보다는 전기적이게 된다.

이러한 방법은 다른 요소와 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 1차 PMD 보상기는 보상기(300)와 연계하여 사용되어 보상하고자 하는 편광 분산을 감소시킬 수 있다. 이는 고차 PMD 링크에서 매우 유용하여 동적 고차 분산 보상기의 필수 보상 범위를 감소시킨다.

도3의 대안 실시예는 변조기에 의해 신호에 첨가된 첩와 격자에서 겪는 분산의 결합된 성능을 최적화하도록 신호 분석 모듈(320)이 튜닝된 격자(392)와 위상 수정 모듈(380) 모두를 제어하게 한다.

다른 예시적인 실시예는 고정 색분산 보상 요소(312)를 사용하지 않거나 고정 색분산 보상 요소(312)용의 고정 분산의 사실상 낮거나 보다 편리한 값을 사용한다. 이러한 경우,튜닝 가능한 분산 요소(394)의 상대 범위는 모든 분산 항들을 보상하도록 적당한 수준으로 조정될 수 있다. 즉, 튜닝 가능한 분산 요소(394)는 고정 및 가변 색분산을 보상하도록 조정될 수 있으며, 위상 변조기(380)는 첨가된 위상 및 분산 요소(394)의 조합이 나머지 분산을 보상할 수 있도록 조정될 수 있다. 이는 전체 보상 시스템에 보상 공정 중에 더 많은 적응성 및 범위를 제공한다.

또 다른 예시적 실시예는 고 복굴절성 도파관, 예를 들어 편광 유지 섬유 내에 기록되는 비선형 첩 격자(394)를 가지며, 비션형 첩 격자(394)에 들어가는 신호의 편광을 제어하기 위한 편광 제어기를 더 포함한다. 이러한 실시예는 전술한 2가지 방식 중 하나, 즉 고정 색분산 보상 요소(312)가 구비되거나 구비되지 않는 방식으로 구현될 수 있다. 고정 색분산 보상 요소(312)가 존재하는 경우, 비선형 첩 브래그 격자 및 편광 제어의 조합이 1차 편광 모드 분산 모두 또는 그 일부를 보상하는 데에 사용될 수 있다. 고정 색분산 요소(312)는 입력 신호 내에 존재하는 고정 색분산을 보상하게 된다. 그런 다음, 위상 변조 및 분산의 순간 값의 조합이 나머지 분산 성분들을 보상하도록 최적화될 수 있다. 고정 분산 보상 요소(312)가 존재하지 않는 경우에, 위상 변조 및 분산 요소의 조합에 의해 보상하고자 하는 나머지 항들은 고정 색분산 항을 또한 포함하게 된다.

도4는 본 발명에 따른 보상 시스템(400)의 다른 실시예를 도시한다. 본 시스템(400)은 고차 분산 보상 개념을 보다 적은 단계들로 통합할 수 있게 한다. 입력 신호(442)는 편광 제어기(440)를 통해 시스템(400)에 들어가며, 이 제어기는 신호의 입력 편광 상태를 소정 상태의 편광을 갖는 신호(444)로 변환한다. 신호(444)가 서큘레이터(450)의 재순환 포트를 통해 들어간 후에, 이는 지연 조립체(460)의 편광 비임 스플리터/컴바이너(462)에 광학적으로 결합된다. 이 지연 조립체는 또한 제1 지연 요소(470)와 제2 지연 요소(480)를 포함한다. 신호(444)는 직교 성분들로 분할되며, 각 성분은 스플리터/컴바이너(462)의 출력 포트로 향하게 된다. 이 신호들은 동시에 제1 지연 요소(470)와 제2 지연 요소(480)를 횡단하는데, 제1 지연 요소는 제1 비선형 첩 격자(474)를 갖는 제1 도파관(472)과 제2 비선형 첩 격자(484)를 갖는 제2 도파관(482)을 포함하고, 제2 지연 요소는 제2 비선형 첩 격자(484)를 갖는 제2 도파관(482)을 포함한다.

제1 격자(474)와 제2 격자(484)는 2개의 격자를 모두 동시에 제어하는 튜닝 기구(490)를 갖는다. 제2 격자(484)는 격자(484)를 독립적으로 튜닝하는 추가의 튜닝 기구(492)를 갖는다. 고정 색분산 보상은 첩의 정확한 평균값을 비선형 첩 도파관 격자(474, 484)에 기록함으로써 달성된다. 가변 색분산 보상과 고차 PMD 보상은 격자(474, 484)를 조화되게 튜닝함으로써, 예를 들어 이들의 온도를 동일하게 변경함으로써 달성된다. 1차 PMD 보상은 제2 비선형 첩 격자(484)를 별도로 튜닝함으로써, 예를 들어 격자에 응력을 가함으로써 달성된다. 사용될 수 있는 이러한 종류의 튜닝은 온도 및 응력 튜닝으로먼 제한되지 않으며, 함께 또는 개별적으로 튜닝될 수도 있다.

보상된 신호(446)는 격자로부터 반사될 때 편광 스플리터/컴바이너(462)에 의해 재결합되며, 서큘레이터(450)를 통해 다시 서큘레이터 출력 포트로 진행한다. 본 발명의 예시적인 실시예는 서큘레이터(450) 후에 광학 탭 결합기(452)와 신호 분석 모듈(420)을 포함한다. 선택한 검사 방법 및 피드포워드 또는 피드백 알고리즘이 사용되었느냐에 따라서, 탭(452)은 시스템의 상이한 부분에 위치될 수 있다. 신호 분석 모듈(420)은 제어 신호(428)를 튜닝 기구(490, 492) 및 편광 제어기(440)에 제공한다.

전술한 방법 및 시스템은 신호의 2개의 편광 성분들 사이에 유도되는 소량의 잔여 고정 색분산 만을 초래한다. 작은 1차 PMD 양의 경우, 섬유 브래그 격자에기초한 예시적인 시스템의 이하 계산에 도시된 바와 같이 허용 가능하게 된다.

고정 색분산량: 700 ㎰/㎚

가변 색분산량: -500 ㎰/㎚ 내지 +500 ㎰/㎚

실제 격자 첩 범위: 200 ㎰/㎚ 내지 1200 ㎰/㎚(또는 50 ㎰/㎚ 내지 8.33 ㎰/㎚ 주기 첩)

격자 길이(예): 1 미터

길이 당 첩 비율 변화: ㎝ 당 10 ㎰/㎚

DGD 범위(예): 100 ㎰(또는 1 ㎝ 반사점 변동)

DGD 최대 범위 당

격자 첩 비율 변화: 10 ㎰/㎚

예시적인 실시예에 있어서, 입력되는 1차 PMD(DGD)는 최대 예측 100 ㎰였다면, 상기 디자인의 격자는 신호의 2개의 직교 편광 성분들 사이에 우선적으로 10 ㎰/㎚의 잔여 색분산을 더한다. 이러한 양은 PMD가 시간에 대하여 맥스웰리안 분포를 가지므로 일반적으로 낮아서, 최대 예측량이 100 ㎰였다면 대부분의 시간에 보이는 실제량은 훨씬 적게 된다. 더욱이, 격자 길이를 증가시키거나 디자인을 달리 변경하는 것으로 상기 양을 더욱 감소시킬 수 있다. 이상의 구성은 소형으로 분산의 임의의 종류 또는 이러한 종류들의 임의의 조합을 보상하는 매우 적응성있고 손실이 낮은 방법으로 귀결된다.

도4의 예시적인 실시예에 있어서, 도파관(472, 482)은 편광 유지 섬유로 제조된다. 다른 실시예에 있어서, 도파관들은 니오브산 리튬 칩과 같은 집적 광학칩 상에 집적될 수 있다. 또한, 보상기 시스템의 많은 요소들을 편광 스플리터/컴바이너(462) 및 편광 제어기(440)와 같은 집적 광학 칩 내에 통합하는 것이 효과적일 수 있다. 도4의 대안적인 레이아웃은 편광 제어기(440)를 서큘레이터(450)와 편광 스플리터/컴바이너(462) 사이에 위치시키기 위한 것이다. 이는 이들 요소들의 일부 또는 모두를 함께 광학 칩 상에 집적시키는 것을 용이하게 한다. 예를 들어, 예시적인 실시예는 편광 제어기(440), 편광 스플리터/컴바이너(462) 및 도파관(472, 482)을 기판 상에 집적할 수 있다.

당해 분야의 숙련자라면 본 발명이 고차 보상이 요구되는 다양한 광학 장치에 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 발명이 예시적인 양호한 실시예들을 참조하여 설명되었으며, 본 발명은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 구체적인 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 본원에 기재되고 설명하고 있는 실시예들은 예시적인 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다. 다른 변경 및 변형이 본 발명의 범위에 따라서 이루어질 수 있다.

Claims

입력되는 광통신 신호의 고차 분산을 보상하기 위한 방법이며,

a) 통신 신호의 주편광 상태들을 보상기 시스템의 주편광 상태들에 정확히 정렬하기 위해 입력되는 광통신 신호의 편광 상태를 조정하는 단계와,

b) 통신 신호를 분할점에서 제1 및 제2 직교 주편광 상태들로 분할하는 단계와,

c) 제1 편광 상태를 제1 참조 반사점을 갖는 제1 비선형 첩 격자를 구비한 제1 도파관으로 배향하는 단계와,

d) 제2 편광 상태를 제1 첩 격자와 사실상 유사한 첩 패턴을 갖고 제2 참조 반사점을 갖는 제2 비선형 첩 격자를 구비한 제2 도파관으로 배향하는 단계와,

e) 제1 및 제2 반사점들의 위치를 격자들을 따라서 변경함으로써 제1 및 제2 반사의 색분산을 조정 가능하게 변경하는 단계와,

f) 제1 및 제2 직교 편광 상태들 사이의 편광 분산을 보상하기 위해 제1 및 제2 반사점들과 분할점 사이의 상대적인 광 경로 길이를 조정 가능하게 변경하는 단계와,

g) 제1 및 제2 편광 상태들을 출력 신호로 재결합하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

a) 출력 신호의 품질을 샘플링하는 단계와,

b) 출력 신호의 품질에 따라 1차 편광 모드 분산을 보상하기 위해 분할점에 대하여 입력 신호의 편광 상태와 제2 반사점의 광 경로 길이를 적응식으로 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

a) 출력 신호의 품질을 샘플링하는 단계와,

b) 출력 신호의 품질에 따라 신호 내의 색분산을 보상하기 위해 분할점에 대하여 제1 및 제2 반사점들을 적응식으로 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

a) 출력 신호의 품질을 샘플링하는 단계와,

b) 출력 신호의 품질에 따라 신호 내의 색 및 2차 편광 모드 분산을 보상하기 위해서 입력 신호의 편광 상태와 분할점에 대하여 제1 및 제2 반사점들을 적응식으로 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

a) 출력 신호의 품질을 샘플링하는 단계와,

b) 입력 신호의 편광 상태를 적응식으로 조정하는 단계와,

c) 분할점에 대하여 제1 및 제2 반사점들을 적응식으로 조정하는 단계와,

d) 고차 보상을 제공하기 위해, 출력 신호의 품질에 따라 모두 분할점에 대하여 제2 반사점을 적응식으로 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 제2 반사점으로부터의 광 경로 길이를 조정 가능하게 변경하는 단계 전에, 제2 반사점이 분할점으로부터의 광 경로 길이가 제1 반사점과 대체로 동일하도록 적어도 하나의 격자의 광 경로 길이를 튜닝하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

분할점에 대하여 제2 반사점으로부터의 광 경로 길이를 조정 가능하게 변경하는 단계 전에, 제2 반사점이 분할점으로부터의 광 경로 길이가 제1 반사점보다 짧게 되도록 적어도 하나의 격자의 광 경로 길이를 튜닝하는 단계를 더 포함하고,

광 경로 길이의 차이는 제1 및 제2 직교 편광 상태들 간의 예측 편광 분산 지연에 따라 선택되는 방법.
광통신 신호의 고차 분산을 보상하기 위한 방법이며,

a) 통신 신호를 제1 및 제2 직교 주편광 상태들로 분할하는 단계와,

b) 제1 선형 첩 격자를 갖고 제1 광 경로 길이에 제1 반사점을 갖는 제1 고 복굴절성 광학 도파관으로 제1 편광 상태를 배향하는 단계와,

c) 제2 선형 첩 격자를 갖고 제2 광 경로 길이에 제2 반사점을 갖는 제2 튜닝 가능한 고 복굴절성 광학 도파관으로 제2 편광 상태를 배향하는 단계와,

d) 제1 및 제2 편광 상태들을 출력 신호로 재결합하는 단계와,

e) 반사점을 갖는 비선형 첩 격자를 갖는 제3 고 복굴절성 광학 도파관으로 출력 신호를 배향하는 단계와,

f) 제1 및 제2 직교 편광 상태들 사이의 편광 분산을 보상하기 위해서 제2 선형 첩 격자의 제2 광 경로 길이를 조정 가능하게 변경하는 단계와,

g) 출력 신호 내의 고차 분산을 보상하기 위해 제3 격자 내의 광 경로를 조정 가능하게 변경하는 단계를 포함하는 방법.
제8항에 있어서, 제2 첩 격자는 제1 첩 격자와 사실상 유사한 첩 패턴을 가지며, 분할점으로부터의 광 경로 길이가 제1 반사점과 사실상 동일한 제2 반사점을 갖는 방법.
제8항에 있어서,

a) 출력 신호를 샘플링하는 단계와,

b) 출력 신호의 품질에 따라 입력 신호의 편광 상태와 제2 반사점의 광 경로 길이를 적응식으로 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,

a) 출력 신호를 샘플링하는 단계와,

b) 출력 신호의 품질에 따라 분할점에 대해 제2 격자 내의 제2 반사점을 적응식으로 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,

a) 출력 신호를 샘플링하는 단계와,

b) 입력 신호의 편광 상태를 적응식으로 조정하는 단계와,

c) 분할점에 대하여 제2 격자의 제2 반사점을 적응식으로 조정하는 단계와,

d) 출력 신호의 품질에 따라 제3 격자의 제3 반사점을 적응식으로 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서, 제1 및 제2 격자의 길이가 적어도 5 센티미터인 방법.
입력 광통신 신호의 고차 분산을 보상하기 위한 방법이며,

a) 상기 신호에 1차 편광 모드 분산을 보상하는 단계와,

b) 상기 신호에 2차 편광 모드 분산을 보상하는 단계와,

c) 상기 신호에 가변 색분산을 보상하는 단계를 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 고정 색분산을 보상하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 입력 신호의 편광을 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 보상 단계들 후에 신호를 모니터링하는 단계와, 이 모니터링에 기초하여 보상 정도를 튜닝하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 1차 편광 모드 분산을 신호에 보상하기 위한 단계는,

a) 신호의 편광을 제어하는 단계와,

b) 신호를 제1 및 제2 편광 성분들로 분할하는 단계와,

c) 제1 편광 성분을 고정 선형 첩 격자 내로 반사시키는 단계와,

d) 제2 편광 성분을 튜닝된 선형 첩 격자 내로 반사시키는 단계와,

e) 제1 및 제2 편광 성분들을 재결합시키는 단계를 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 2차 편광 모드 분산을 신호에 보상하는 단계는 신호를 튜닝된 비선형 첩 격자 내로 반사시키는 단계를 포함하는 방법.
제14항의 방법에 따라 광신호를 보상하기 위한 보상 수단.