用于偏振模式色散补偿的系统技术方案

适应性的偏振模式色散补偿器（１０２），包括偏振控制器（１１０）和差动偏振延迟单元（１３０）。该偏振控制器把任意偏振的入射光（１１２）转换成为具有所需偏振态的控制器输出信号。该差动偏振延迟单元被光耦合到接受来自偏振控制器的控制器输出信号。该差动偏振延迟单元包括偏振光速分离器元件（１２５）和第一（１３２）与第二（１３２）双折射光波导。在第一和第二双折射光波导中形成第一（１３４）和第二（１３８）啁啾光栅。至少一个调谐装置（１８０）被耦合到至少光栅中的一个光栅，其中该调谐装置可变地调节相对于另一参考反射点（１３５）的参考反射点（１３９）中的一点。组合器之件（１２５）把两个已反射的正交偏振信号重新组合成为延迟线输出（１２０）。信号质量分析器（１６０）计算差动偏振延迟单元输出信号的质量，并提供控制信号（１６４，１６６）到该偏振控制器和该差动偏振延迟单元。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及用于光信号的偏振模式色散补偿的一种方法和系统。具体地说，本专利技术涉及一种用于偏振模式色散补偿的方法，该方法采用至少两个线性啁啾布拉格(Bragg)光栅以选择地调准已分散的两个偏振信号，引起与可变偏振有关的延迟。当前的长途通信系统需要在很长的距离上传送光信号。在一光通信的信号中，数据是以一系列的光脉冲被送出的。真实的信号脉冲是以波长和偏振的分布组成的。每个脉冲以它自己的特征速度传输。在速度上的这个变化导致脉冲展宽，从而使信号变坏。由于速度与波长的关系而引起的变坏称之为色散色散，而由于与偏振有关而引起的变坏则称之为偏振模式色散。在数学上，在波导中的光速v由下式决定V＝c/n(1)式中c是自由空间中的光速，而n是在波导中的有效折射率。通常，光模式的有效折射率与波长有关。因此，具有不同波长的光的组份将以不同的速度传播。在波导中的有效折射率除了与波长有关之外，还可与光信号的偏振有关。即使在“单模”光纤中保持着两个正交的偏振，而且，存在着双折射的情况下，这两个偏振以不同的速度传输。在光纤中的双折射可能起因于包括制造变化和与时间有关的环境因素这两者在内的许多原因。这速度差导致在双折射光纤内两个偏振模式之间的与偏振有关的传播时间即“差动群延迟”(DGD)(Differential group delay)。在实际的系统中，双折射的程度，和双折射轴的取向沿光纤处处都不同。这样就在光信号上导致更为复杂的效应，它是由“偏振基本态”即PSP(Principal states of polarization)的概念来表示其特征的。PSP被定义为受到最大的相关DGD的两个偏振态，而它们唯一表征了这系统的瞬时状态。当信号通过光通信系统的不同部段传播时，偏振模式色散(PMD)是由偏振的两个分量的不同群速度的统计和而引起的失真。PMP包括一阶PMD和较高阶PMD，且是非决定性的。一阶PMD是在一给定波长时的差动偏振群延迟。对长光纤的瞬时值可在长的时间间隔(由于诸如温度漂移的慢变化而引起的)和短的时间间隔(由于诸如力学振动感生的偏振起伏而引起的)这两者上发生变化。描述一阶PMD的平均系数可从对PMD性能比较差的光纤的＞2ps/km1/2变化到PMD性能比较好的光纤的＜0.1ps/km1/2。二阶PMD由两个原因引起(i)随波长而变化的一阶PMD；(ii)系统PSP(偏振基本态)取向随波长的改变，它导致PMD随波长的变化。二阶PMD导致与波长有关的群延迟，实际上，对可变色散色散是等价的，且可以有或是负的或是正的符号。起伏的速度类似于一阶PMD的速度起伏。色散对传输带宽施加了严格的限制，特别是在横越象越洋路线这样的长距离上。在较高的比特率时，当在光脉冲间的间距较小和较短脉冲导致较宽信号频谱带宽的情况下，减轻色散和二阶PMD效应的色散问题变得更为重要。在比特率大于或等40Gb/s时，即使对好的光纤(＜0.1ps/km1/2PMD)，长度长连接将需要PMD补偿。由于对附加的光-电-光信号转换的位置需要以允许电信号的再生，不论限制总系统长度还是提高系统成本，PMD都可变成为一种抑制的因素。对一阶PMD作补偿的一种方法是把大小相同符号相反的DGD引入在该系统中的一阶PMD。通常，在光学系统中的时间延迟可用由Δ＝nL (2)定义的光路长度(OPL)来描述，式中Δ是OPL，L是媒质长度，而n则是材料的折射率。正如上面的方程(2)理解到的，可通过提高媒质的折射率或通过提高波导的实际长度来加长光波导的OPL。同样，可通过降低折射率或减短波导的实际长度来缩短光波导的OPL。因此，为PMD作补偿要产生DGD，可把信号的这两个正交的PSP向两个具有不同OPL的分开路径向下发送。如果信号已延迟的偏振向比信号超前的偏振较短的路径长度向下发送，则在两个偏振之间的差动群延迟量将被减小。已经提供几种可选择的方案来尝试对一阶PMD效应作补偿。一种建议的系统包括偏振控制器和一段高双折射的保偏光纤。光探测器对输出信号取样，并试图用控制环(Control loop)技术来驱动控制器。为取得用于色散补偿足够大的DGD，长的PM光纤绕圈(例如，50米)是必须的。更为重要的是，因为PM光纤为已固定的DGD，所以限制系统的适应性和可应用性的PMD的校正量是固定的。另一建议的系统试图通过使用可移动的三棱镜元件来解决适应性的问题，这系统通过改变一偏振所传播过的距离产生可变以的DGD。这个方案有几个不利之处。例如，光路损耗必须是非常精密地平衡以防止偏振有关的损耗(PDL)。另外，由于该光学元件的机械运动，可变延迟元件的综合速度将是慢的。而且，由于可变延迟是在光纤外面引起的，所以由于与光束所需的生动对准有联系的复杂性可能会有成本和稳定性的问题。另一个对可变DGD元件的建议方法由在PM光纤中的单个非线性啁啾光栅构成。啁啾光栅是一种这样的光栅，即在其中光栅元件的间隔是沿光栅随位置而变化的，所以在有效位置处信号是依据它的波长被反射的。如果是这样，对光纤施加的轴向应变会以不同的比率改变各偏振的反射位置，从而改变它们之间的延迟。不过，因为差动延迟正比于光纤小的双折射，且被光纤在破裂前能经受得住的小范围应阴变限制，所以这样的一种设计仅能获得有限范围的延迟。另外，这个方法感生必须被分开补偿的变化的色散色散。还有另一个对产生差动群延迟(DGD)的建议方法包括耦合到一对各有线性啁啾布拉格反射光栅的单模(SM)光纤的偏振光束分离器和用于差动地在轴向使光纤应变的可控制延伸装置。这双光栅方法的优点是在反射时，两个偏振分量受到相同的啁啾，从而受到匹配的色散色用，所以不引进与偏振有关的色散色散。不过，这种系统没有考虑到偏振的衰减效应，它将在各个SM光纤光栅路径中需要动态偏振控制以保证所有的光通过偏振分离器正常地返回；而这一点基本上会增加系统的复杂性和成本。而且，这种系统不能解决在制造时两分支的平衡或当首先接通补偿器时，正常地使该系统偏离。人们仍然需要可靠、宽动态范围、动态地可调PMD系统。专利技术概要本专利技术涉及一种包括偏振控制器和可变差动偏振延迟单元的动态可调偏振色散补偿器。该偏振控制器把任意偏振的入射光转换成具有所需偏振态的受控输出信号。该差动偏振延迟单元被光耦合来接收该受控输出信号。该差动偏振延迟单元包括偏振光束分离器元件，差动延迟元件，和偏振组合器元件。该偏振光束分离器具有耦合到接收受控输出信号的第一输入端，分离点，以及第一和第二输出端，在分离点处，受控输出信号被分离成为第一和第二正交偏振信号。该第一和第二偏振信号分别被传播到分离器的第一和第二输出端。该差运延迟元件包括第一波导和第二波导。这些波导是双折射的，从而抑制了在两个偏振模式各个之间的耦合。第一波导和分离器的第一输出端是光耦合的，并通过它们的纤芯和偏振轴的匹配来对准。第一波导具有调节到在第一参考反射点反射的第一偏振信号的第一啁啾光栅。第二波导是被光耦合到并被对准到分离器的第二输出端。第二波导具有调节到反射第二偏振信号的第二啁啾光栅，并具有第二参考反射点。光栅的啁啾可以是线性的，或可具有较复杂的空间关系。至少一个调谐装置被耦合到光栅中的一个。该调谐装置是可以可变地调节参考点中的一点或两点相对于分离点的光路长度。该调谐装置可包括施加轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用的偏振模式色散补偿器（１０２），其特征在于，该补偿器包括：ａ）偏振控制器（１１０），把任意偏振的入射光（１１２）转换成为具有所需偏振态的偏振控制的输出信号；ｂ）差动偏振延迟单元（１３０），光耦合到接受该偏振控制的输出 信号，该差动偏振延迟单元包括：（ｉ）偏振光束分离器（１２５），该偏振控制输出信号在此被分离成为第一偏振分量（１１８）和第二正交的偏振分量（１１９）；（ｉｉ）第一双折射光波导（１３２），光耦合到并对准到接收该第一偏振分量，具有 第一啁啾光栅（１３４）的该第一光波导反射这第一偏振分量，并具有第一参考点（１３５）；（ｉｉｉ）第二双折射光波导（１３６），光耦合到并对准到接受该第二偏振分量，具有第二啁啾光栅（１３８）的该第二光波导反射该第二偏振分量，并具有第二参考 点（１３９）；（ｉｖ）至少一个调谐装置（１８０），耦合到至少光栅中的一个光栅，其中该调谐装置可变地调节相对于另一参考反射点的参考反射点中之一点；（ｖ）组合元件（１２５），把该两个反射偏振分量重新组合成为延迟线输出；ｃ ）信号分析器（１６０），光耦合到对延迟单元输出取样，其中该分析器计算差动偏振延迟单元输出信号的质量，并提供至少一个控制信号（１６４，１６６）到偏振控制器和差动偏振延迟单元。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BJ科克，TL史密斯，BA迪伯恩，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]