專(zhuān)利名稱(chēng)：去偏振的波分復(fù)用源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波分復(fù)用(WDM)源，并且更具體而言涉及其在超長(zhǎng)距離 傳輸(ULH)通信系統(tǒng)中的使用。
背景技術(shù)：
波分復(fù)用信號(hào)通常包含許多數(shù)據(jù)信道，其是被以一種方式調(diào)制以便 攜帶信息的光學(xué)信號(hào)。每個(gè)數(shù)據(jù)信道攜帶獨(dú)立的信息，但是在通常的傳 輸介質(zhì)中的非線性效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致這些信道之間的干擾。這些效應(yīng)包括四波 混頻(FWM)和交叉相位調(diào)制(XPM) 。 FWM是一種當(dāng)兩種或更多種不同 頻率的信號(hào)通過(guò)光纖時(shí)可能發(fā)生的非線性效應(yīng)，其有產(chǎn)生新頻率信號(hào)的
效應(yīng)。這些非線性效應(yīng)干擾了信號(hào)，限制了波分復(fù)用信號(hào)在將數(shù)據(jù)從發(fā) 射機(jī)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)的效能。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)信道之間的頻率間隔減少時(shí)， 這些非線性效應(yīng)變得更加顯著，從而限制一給定波分復(fù)用信號(hào)所能攜帶 的數(shù)據(jù)信道數(shù)量(并且因而限制信息的數(shù)量)。
美國(guó)專(zhuān)利6， 342， 961描述了一種其中相鄰數(shù)據(jù)信道以正交偏振發(fā) 射的系統(tǒng)，以試圖減緩上述非線性效應(yīng)。在這種系統(tǒng)中，兩個(gè)梳狀數(shù)據(jù) 信道與寬帶正交組合器復(fù)用，這樣所得到的波分復(fù)用信號(hào)中的數(shù)據(jù)信道 在正交偏振態(tài)之間變換。
除了數(shù)據(jù)信道外，波分復(fù)用系統(tǒng)通常攜帶許多加載信道(loading channel)。加載信道被用在光學(xué)系統(tǒng)中，針對(duì)寬帶運(yùn)行使線路放大器 適當(dāng)?shù)仫柡筒閿?shù)據(jù)攜帶信道提供最佳信道功率。許多近代的系統(tǒng)一開(kāi) 始都在較低的信道數(shù)量(低于用于系統(tǒng)時(shí)的數(shù)量)下運(yùn)行，并被升級(jí)以 滿(mǎn)足通信容量需求。"存在之初，，的系統(tǒng)使用加載信道作為許多數(shù)據(jù)信 道功率的代用品。這些加載信道可以是連續(xù)波(CW)或調(diào)制信道。
將加載信道與海底線路終端設(shè)備(SLTE)的信道級(jí)、頻帶級(jí)或綜合 級(jí)(aggregate stage)上的數(shù)據(jù)4言道相復(fù)用。
當(dāng)前的傳輸設(shè)備供應(yīng)商通常對(duì)加載信道使用高功率激光器梳或過(guò) 濾放大自發(fā)發(fā)射(ASE)噪聲。對(duì)于激光器來(lái)說(shuō)，需要使用許多加載信道和/或需要將它們調(diào)制以克服傳輸問(wèn)題。過(guò)濾的ASE源通常有較差的 阻帶抑制和寬的線寬，限制了數(shù)據(jù)信道的性能。
諸如功率、波長(zhǎng)和偏振態(tài)等的加載信道物理屬性，影響數(shù)據(jù)信道的 性能以及升級(jí)策略。理想的是，應(yīng)對(duì)加載信道去偏振以避免在終端設(shè)備 和傳輸線路中引起的任何偏振問(wèn)題。通常，少量的加載信道攜帶絕大部 分用于與數(shù)據(jù)信道聯(lián)系的功率，其作用類(lèi)似于敏感探測(cè)信號(hào)。
對(duì)于多信道中繼系統(tǒng)的一個(gè)主要問(wèn)題是偏振相關(guān)增益(PDG)，其 是由一種公知的偏振燒孔(PHB)效應(yīng)引起的，對(duì)于一特定偏振，通過(guò) 該偏振燒孔(PHB)效應(yīng)，可獲取的增益被飽和掉并減少。如果發(fā)射到 加載信道的光的特征是高度偏振的，那么相鄰的數(shù)據(jù)信道可在傳播穿過(guò) 線路放大器時(shí)得到不同量的增益。該增益的準(zhǔn)確水平將取決于數(shù)據(jù)信道 中傳播的光學(xué)信號(hào)與加載信道中的光的偏振對(duì)齊程度。隨著時(shí)間的過(guò) 去，系統(tǒng)變化的效應(yīng)改變了信道之間的相對(duì)偏振態(tài)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信道光學(xué) 功率上的波動(dòng)。更糟糕的是，信道功率的變化能夠影響信道的光學(xué)信噪 比(0SNR)以及非線性效應(yīng)的強(qiáng)度從而導(dǎo)致信道中誤碼率(BER)性能 的變化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種用于波分復(fù)用(WDM)傳輸 系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)備，包括多個(gè)光源，每個(gè)光源提供一光源信號(hào)；連接到 光源的保偏復(fù)用器，其用于復(fù)用所述光源信號(hào)從而形成偏振復(fù)用信號(hào)； 以及連接到保偏復(fù)用器的輸出的差分群時(shí)延(DGD)元件，其中所述差 分群時(shí)延元件適于對(duì)所述復(fù)用信號(hào)去偏振，同時(shí)為每個(gè)源信號(hào)保持充分 大的時(shí)間平均偏振度(D0P)。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種處理光學(xué)信號(hào)的方法，包括 將多個(gè)光源信號(hào)穿過(guò)保偏復(fù)用器從而形成偏振復(fù)用信號(hào)；并且，將所述 復(fù)用信號(hào)穿過(guò)包括差分群時(shí)延元件的光路從而使所述復(fù)用信號(hào)去偏振， 同時(shí)為每個(gè)光源信號(hào)保持充分大的時(shí)間平均偏振度(D0P)。
本發(fā)明的差分群時(shí)延元件改變?cè)葱盘?hào)偏振態(tài)的量取決于這些源信 號(hào)的頻率。因此每個(gè)源信號(hào)都受到不同影響，雖然單個(gè)信道保持偏振， 但合成的整個(gè)復(fù)用信號(hào)的總光學(xué)場(chǎng)被去偏振。該技術(shù)減少了非線性效應(yīng)
6對(duì)數(shù)據(jù)信道的影響，因?yàn)橄噜彅?shù)據(jù)信道因其不同頻率將有不同的偏振 態(tài)。而且，本發(fā)明通過(guò)引入對(duì)整個(gè)波分復(fù)用信號(hào)去偏振的裝置，克服了
PDG和PHB的問(wèn)題。因此減輕了 PDG的破壞性后果，諸如數(shù)據(jù)信道光學(xué) 功率中的波動(dòng)(其能夠影響0SNR和BER)。
因此本發(fā)明同時(shí)提供了 一種針對(duì)波分復(fù)用系統(tǒng)中觀察到的諸多疑 難效應(yīng)的簡(jiǎn)單、綜合、低成本的解決方案。
本發(fā)明關(guān)于PDG和PHB的有益效果在低信道數(shù)量的系統(tǒng)中尤其明 顯。例如，系統(tǒng)中信道數(shù)目越少，信道經(jīng)受不利調(diào)整的統(tǒng)計(jì)概率就越高。 而且，每個(gè)加載信道將多提供些總系統(tǒng)功率，從而對(duì)線路放大器的飽和 有更大影響。在低信道數(shù)量系統(tǒng)中，也很有可能的是，單個(gè)加載信道將 成為光鐠區(qū)域的唯一占據(jù)者從而造成強(qiáng)PHB。
本發(fā)明允許使用通常用于波分復(fù)用信號(hào)的源(諸如連續(xù)波(CW)激 光器)來(lái)產(chǎn)生加載信道，盡管事實(shí)上這種源產(chǎn)生偏振信號(hào)。差分群時(shí)延 元件改變一個(gè)或多個(gè)加載信道的偏振，使加載信道的整體貢獻(xiàn)是有效去 偏振的。
因?yàn)槭褂昧诉m于波分復(fù)用的源，本發(fā)明允許當(dāng)需要時(shí)，將加載信道 轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信道(或反之亦然)。而且，這些源有窄線寬和高0SNR。 它們也提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確的波長(zhǎng)和功率控制。
當(dāng)增加或移除加載信道時(shí)，差分群時(shí)延對(duì)復(fù)用信號(hào)的去偏振效能可
能受到不利影響。為此，本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案能夠調(diào)整加載信道的 頻率和功率級(jí)從而確?？偰苓_(dá)到最大去偏振水平。例如，在兩個(gè)相同功
率加載信道的系統(tǒng)中，可通過(guò)在信道之間采用頻率差來(lái)實(shí)現(xiàn)最大發(fā)射去 偏振，所述的在信道之間采用頻率差，可以使這些信道在穿過(guò)DGD之后， 相應(yīng)的偏振態(tài)正交。如果增加第三加載信道，可選擇其頻率，使其偏振 態(tài)平行于現(xiàn)有信道中的一個(gè)。為了確保這能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)用信號(hào)的最大去偏 振，有必要減少所述兩個(gè)平行加載信道相對(duì)于剩余的正交加栽信道的功 率。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，使用了許多組加載信道，其中每 組的那些組員都位于一波長(zhǎng)范圍內(nèi)，該波長(zhǎng)范圍基本小于分隔這些組的 波長(zhǎng)范圍，以及每個(gè)組都被DGD有效去偏振。這使得加載信道可被有效 擴(kuò)展到整個(gè)傳輸光譜，同時(shí)使光纖內(nèi)任何偏振模色散(PMD)對(duì)加載信
7道相對(duì)的偏振的影響最小化。
優(yōu)選地，可調(diào)整每個(gè)信道的功率和波長(zhǎng)。調(diào)整這些參量將影響該信
道的輸出偏振，并因而影響復(fù)用輸出信號(hào)的整個(gè)偏振度(D0P)。因而， 對(duì)這些參數(shù)的微調(diào)可用于抵償因光纖中PMD造成的影響，從而使線路的 凈PDG最小化。
加載信道有限定的頻率，數(shù)據(jù)信道因其調(diào)制性質(zhì)將有限定的帶寬。 照此，其穿過(guò)差分群時(shí)延元件后的偏振態(tài)將圍繞一中心位置變化。而且， 本發(fā)明確保數(shù)據(jù)信道的時(shí)間平均偏振度充分大，以便一直維持?jǐn)?shù)據(jù)信道 之間偏振態(tài)(S0P)的差別，并因而實(shí)現(xiàn)FWM和XPM的有利減少。每個(gè) 信道的時(shí)間平均偏振度優(yōu)選大于0. 7。更優(yōu)選地，每個(gè)信道的時(shí)間平均 偏振度大于0. 9。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案中，相鄰信道的時(shí)間平均偏振態(tài)是正交 的。然而，也可使用其他相對(duì)的角度。例如，信道的時(shí)間平均偏振態(tài)的 實(shí)施例可設(shè)定為相對(duì)于相鄰信道120度。通常，復(fù)用信號(hào)中相鄰源信號(hào) 之間的時(shí)間平均偏振態(tài)的差是360/n度，其中n是大于或等于三的整數(shù)。


現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中
圖l是海底線路終端設(shè)備(SLTE)傳輸系統(tǒng)示例的簡(jiǎn)化示意圖，其
中在發(fā)射到傳輸線路中之前加載信道和數(shù)據(jù)信道被組合； 圖2示出被差分群時(shí)延元件去偏振的兩個(gè)加載信道； 圖3是保偏光纖(PMF)長(zhǎng)度和差分群時(shí)延對(duì)于加載信道間隔的關(guān)
系圖4示出已穿過(guò)差分群時(shí)延元件的通過(guò)偏振濾波器的四個(gè)數(shù)據(jù)信
道和噪音信號(hào)的頻率響應(yīng)；
圖5象征性地示出已穿過(guò)差分群時(shí)延元件的兩個(gè)數(shù)據(jù)信道的偏振 態(tài)的范圍和時(shí)間平均值；
圖6圖形示出已穿過(guò)差分群時(shí)延元件的三個(gè)數(shù)據(jù)信道的偏振態(tài)的 范圍和時(shí)間平均值；
圖7示出差分群時(shí)延對(duì)由兩個(gè)間隔37. 5Ghz的10Gbps數(shù)據(jù)信道組 成的復(fù)用信號(hào)的偏振度的影響，并且也示出由差分群時(shí)延造成的對(duì)每個(gè)信道的Q補(bǔ)償以及差分群時(shí)延對(duì)每個(gè)信道的偏振度的影響； 圖8示出彭加勒球；
圖9是一個(gè)直方圖，其示出本發(fā)明對(duì)于在6000km回路試驗(yàn)中的Q 值的益處；
圖IO示出在圖8試驗(yàn)中的兩數(shù)據(jù)信道的Q值與其相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的 關(guān)系曲線圖11是經(jīng)過(guò)一系列放大器的探測(cè)信號(hào)的偏振相關(guān)增益(PDG)與波 長(zhǎng)的關(guān)系曲線圖，所述信號(hào)加載有兩個(gè)高度偏振的信號(hào)；
圖12是對(duì)于兩個(gè)加載信道，偏振度(D0P)與差分群時(shí)延的關(guān)系曲
線圖13是對(duì)于不同信道間隔，偏振度與差分群時(shí)延的關(guān)系曲線圖； 圖14A和14B分別是對(duì)于3個(gè)和5個(gè)加載信道，偏振度與差分群時(shí) 延的關(guān)系曲線圖；以及
圖15是去相關(guān)性距離與波長(zhǎng)間隔的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖l示出了海底線路終端設(shè)備(SLTE)傳輸系統(tǒng)的一個(gè)典型示例。 這些信道可以是加載和數(shù)據(jù)信道的任何組合。在所示出的示例中，存在 一些獨(dú)立的"波帶"，每個(gè)"波帶"均包括多個(gè)信道。在這些"波帶" 被復(fù)用到一起形成最終的信號(hào)之前，WMD信號(hào)由每個(gè)波帶形成。
正如所示出的，每個(gè)波帶中的多個(gè)信道源101提供平行偏振的光源 信號(hào)，這些光源信號(hào)由保偏復(fù)用器102復(fù)用到一起，從而提供偏振的 WMD信號(hào)。該偏振信號(hào)接著穿過(guò)差分群時(shí)延元件103，以便該WMD信號(hào) 去偏振，同時(shí)波分復(fù)用信號(hào)中的每個(gè)信道的時(shí)間平均偏振度保持充分 大。
來(lái)自每個(gè)波帶的去偏振WMD信號(hào)接著被另一復(fù)用器l(M組合。該復(fù) 用信號(hào)在被發(fā)射經(jīng)過(guò)傳輸線路106到達(dá)接收端SLTE107之前，穿過(guò)諸多 其他綜合設(shè)備105。
該信道光源101可以是連續(xù)波(CW)激光器。在圖1所示的實(shí)施方 案中，差分群時(shí)延元件103是一段PM光纖，其軸與偏振波分復(fù)用信號(hào) 的偏振軸成45度。圖2參考兩個(gè)加載信道的簡(jiǎn)單情況，示出差分群時(shí)延元件201如何對(duì)信號(hào)去偏振。在PM光纖軸和加載信道偏振之間的角 度是45度，因此每個(gè)加載信道在PM光纖快軸和慢軸中都有相同功率的 分量。實(shí)際上，每個(gè)加載信道都可認(rèn)為是兩個(gè)分量的疊加， 一個(gè)分量沿 快軸偏振一個(gè)沿慢軸偏振。
在沿PM光纖的兩個(gè)軸偏振的光之間引入的差分群時(shí)延取決于所選 擇的光纖的長(zhǎng)度。對(duì)于每個(gè)加載信道，在光纖外的偏振態(tài)取決于兩個(gè)分 量之間的相位差。每個(gè)分量的相位改變的量將是絕對(duì)頻率和PM光纖中 引入的差分群時(shí)延的函數(shù)。通過(guò)對(duì)加栽信道之間的給定頻率差選擇恰當(dāng) 的差分群時(shí)延(即恰當(dāng)?shù)墓饫w長(zhǎng)度)，兩個(gè)加載信道的輸出偏振態(tài)可以 是平行的或者是正交的。為產(chǎn)生正交狀態(tài)(并因此給出有效去偏振的光) 所需的差分群時(shí)延大約是(l + 2n) /2Af，其中Af是加載信道之間的 頻率差，單位是Hz， n是整數(shù)。有必要在此記住的是，不同于加載信道， 數(shù)據(jù)通道具有有限的帶寬，為此，相關(guān)的頻率差是所述兩個(gè)信道中心頻 率之間的頻率差。
圖3示出了產(chǎn)生正交狀態(tài)所需的典型的PM光纖長(zhǎng)度作為信道間隔 的函數(shù)。
正如對(duì)于本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，差分群時(shí)延元件不 一定非得是PM光纖。 一種有效實(shí)施的例子是使用雙折射晶體(或任何 其他雙折射元件)?？商娲缘?，差分群時(shí)延可以通過(guò)物理分離信道的 兩個(gè)偏振模式并在重新組合它們之前在每個(gè)模式的路徑中設(shè)置不同時(shí) 延來(lái)實(shí)現(xiàn)。
值得分開(kāi)考慮本發(fā)明對(duì)數(shù)據(jù)和加載信道的有益效果，相當(dāng)重要的原 因是數(shù)據(jù)信道具有有限的帶寬而加載信道通常不是。
圖4示出已穿過(guò)差分群時(shí)延元件，以及還穿過(guò)與其中的兩個(gè)信道(1 和3)對(duì)齊的偏振器的四個(gè)經(jīng)調(diào)制的數(shù)據(jù)信道和偏振噪聲信號(hào)401的頻 譜。噪聲響應(yīng)401清楚示出了差分群時(shí)延元件輸出的偏振的頻率依賴(lài) 性。而且，可看出相鄰信道(2和4)相對(duì)于那些與偏振器對(duì)齊的信道 被有效抑制。該數(shù)據(jù)信道相對(duì)于信道間隔越窄，這種抑制效應(yīng)就越強(qiáng)。
如之前所述，差分群時(shí)延元件對(duì)于信號(hào)偏振態(tài)的影響取決于其頻 率。當(dāng)具有有限帶寬的信號(hào)(諸如數(shù)據(jù)信道)穿過(guò)這樣一元件時(shí)，結(jié)果 產(chǎn)生的偏振態(tài)將隨時(shí)間在與帶寬中所包含的最高頻率和最低頻率相關(guān)
10的極限值之間變化。假設(shè)整個(gè)帶寬呈對(duì)稱(chēng)分布，時(shí)間平均的偏振態(tài)將相
當(dāng)于帶寬內(nèi)有中心頻率的簡(jiǎn)單波所產(chǎn)生的S0P。
圖5象征性地圖示了穿過(guò)所布置的用以確保兩個(gè)數(shù)據(jù)信道的時(shí)間 平均偏振態(tài)彼此正交的差分群時(shí)延元件的兩個(gè)數(shù)據(jù)信道偏振態(tài)的有效 范圍501和時(shí)間平均偏振態(tài)502。偏振態(tài)的擴(kuò)展或范圍越大，每個(gè)信道 的時(shí)間平均偏振度就越小。很明顯，有利的是，擁有一較大的時(shí)間平均 偏振度，以使諸多信道的偏振態(tài)從不交疊。
數(shù)據(jù)信道的偏振態(tài)隨時(shí)間變化的原因，可通過(guò)考慮兩個(gè)共同傳播的 有稍微不同的頻率的單頻波這一簡(jiǎn)單情況來(lái)理解。這會(huì)因?yàn)閳?chǎng)之間的拍 頻而有效地表現(xiàn)為無(wú)限長(zhǎng)的歸零信號(hào)。如果這兩個(gè)信號(hào)是正交的，那么 時(shí)間平均偏振度明顯將是零。然而，每個(gè)場(chǎng)的偏振度將是單一的?？紤] 整個(gè)場(chǎng)的前進(jìn)(即，該兩個(gè)信號(hào)的組合)，偏振態(tài)將在時(shí)間上依照一個(gè) 周期而變，該周期等于拍頻的倒數(shù)。顯然偏振態(tài)將根據(jù)任一給定點(diǎn)處每 個(gè)場(chǎng)的相對(duì)強(qiáng)度在每個(gè)單頻波信號(hào)的偏振態(tài)之間變化。因?yàn)檎嬲臄?shù)據(jù) 信道實(shí)際上是波帶內(nèi)單頻波的疊加，因此，也將出現(xiàn)類(lèi)似的情況，盡管 它缺少周期性特點(diǎn)。因?yàn)樵撛颍汛┻^(guò)差分群時(shí)延元件的信道的相應(yīng) 偏振度和偏振態(tài)是時(shí)間平均值，因此除非另有明確說(shuō)明，本公開(kāi)文本所 指的就是時(shí)間平均值。
圖5示出兩個(gè)數(shù)據(jù)信道的時(shí)間平均偏振態(tài)正交時(shí)的情況。然而，相 鄰信道的時(shí)間平均偏振態(tài)之間的正交意味著每個(gè)信道的時(shí)間平均偏振 態(tài)平行于接下來(lái)的一個(gè)信道。在信道間隔低的情況下，其可導(dǎo)致交替信 道之間發(fā)生不利的非線性效應(yīng)(例如，F(xiàn)WM和XPM)。因此在一些情況 下優(yōu)選在相鄰信道的時(shí)間平均偏振態(tài)之間采用不同角度。例如，可選擇 120度的角。圖6簡(jiǎn)單地說(shuō)明了該情況，其示出了三個(gè)數(shù)據(jù)信道的范圍 601和時(shí)間平均偏振態(tài)602。 一般，這些信道的時(shí)間平均偏振態(tài)之間的 角度優(yōu)選為360/n度，其中n是大于或等于三的整數(shù)。
本發(fā)明被設(shè)計(jì)為，當(dāng)復(fù)用信號(hào)的整個(gè)偏振度最小化時(shí)，復(fù)用信號(hào)內(nèi) 每個(gè)信道的偏振度保持充分大。其減少了信道之間XPM和FWM的可能性。 而且，通過(guò)使數(shù)據(jù)信道穿過(guò)差分群時(shí)延元件來(lái)減少該數(shù)據(jù)信道的偏振度 還帶來(lái)了內(nèi)在的Q補(bǔ)償(因?yàn)槿缟纤忉尩?，因?yàn)檠夭罘秩簳r(shí)延快軸偏 振的分量將比沿慢軸偏振的分量早到達(dá)，信號(hào)將被稍微擴(kuò)展開(kāi))。因而. 7,并且更優(yōu)選地大于0. 9。
圖7示出復(fù)用信號(hào)702的偏振度和單個(gè)信道701的偏振度之間的差 別，并且也示出由用于每個(gè)信道的差分群時(shí)延元件所引起的Q補(bǔ)償703。 在所示出的實(shí)施例中，兩個(gè)10Gbps RZ信道分隔37. 5Ghz。如所示出的， 組合信號(hào)的偏振度702的第一最小值(即，這些信道的時(shí)間平均偏振態(tài) 正交處的點(diǎn))出現(xiàn)在大約13ps的差分群時(shí)延處，每個(gè)信道的偏振度701 近似為0.9。而且，每個(gè)信道在此點(diǎn)的差分群時(shí)延Q補(bǔ)償703 ^艮小，大 約在0. 2dB左右。
圖5和圖6是僅為示例性目的的對(duì)偏振態(tài)的簡(jiǎn)單表示。使用彭加勒 球可實(shí)現(xiàn)更加精確的表示，其允許表示圓偏振和線性偏振的光。在本公 開(kāi)文本中，可示出偏振度和偏振態(tài)的數(shù)學(xué)原理。偏振度和偏振態(tài)的定義 在本領(lǐng)域中是y^知的，并且可在由Born和Wolf于2002年在劍橋大學(xué) 出版的"光學(xué)原理(Principles of Optics)"中找到。單頻波的場(chǎng)可 表示為
￡t = ax cos(wf - (f")z +《)
這里，傳播常量^(")和、(")在x和y方向不同，并且由于傳播常量
上的差別，在一給定傳播距離z之后分產(chǎn)生的相對(duì)于發(fā)射時(shí)相位的相位
差為(tO)-、("))z 。
斯托克斯參數(shù)被定義為
2 2
50 = ^ + a)
52 = 2fl^ cos 5 & 二 2a^v sin 5
其中5=《-&，歸一化的偏振態(tài)通過(guò)矢量"""rA/sf+g+d給出。
圖8示出在彭加勒球上表示的偏振態(tài)。該球的南北軸表示光^:右旋
圓偏振或左旋圓偏振的程度，而圍繞該軸的角度表示線性偏振的角度。 同樣地，高和低極點(diǎn)表示左旋和右旋偏振光，赤道上的點(diǎn)表示線性偏振， 而球上的其他點(diǎn)表示橢圓偏振。
如果存在有許多波長(zhǎng)，那我們使用時(shí)間平均斯克托斯參數(shù)
■So =〈a〗〉+<"》<formula>formula see original document page 13</formula>
一組m個(gè)場(chǎng)(其中每個(gè)都可以具有不同的波長(zhǎng))的偏振度由以下式 子來(lái)限定
<formula>formula see original document page 13</formula>如果我們使用合乎本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的雙折射光纖，那么可選擇
差分群時(shí)延、，使
—A6>
其中A ^是所需的彭加勒球上的信道之間的間隔角，并且A '是它們 的頻率間隔。在本發(fā)明中，信道源以線性偏振態(tài)被發(fā)射(即，在2 = 0時(shí)
s3=0)，優(yōu)選為相對(duì)于x-軸為45°C。對(duì)于m個(gè)平均間隔開(kāi)OA2e = 27o 的波長(zhǎng)，相應(yīng)的平均斯托克斯參數(shù)為
加
A,加=22《c+i _(/ -lMrg
m
s3,to, = 22《sin" - (/ _ l)Ao)rs 戶(hù)
其中，A = 2;rAv',如果我們假設(shè)每個(gè)波長(zhǎng)的振幅相等，那么可以計(jì)
算出它們的和，并且可發(fā)現(xiàn)偏振度是零。其波長(zhǎng)均勻分布圍繞著由彭加 勒球與S"i平面相交形成的圓。
圖9通過(guò)6000km閉環(huán)系統(tǒng)中接收的信號(hào)的Q值的直方圖，示出了 從根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)信道獲益的性能。曲線901示出在一個(gè)使用有平行 偏振的數(shù)據(jù)信道的系統(tǒng)中接收的Q值，曲線902示出在一個(gè)其中相鄰信 道以穩(wěn)定態(tài)的線性的但正交的偏振發(fā)射的系統(tǒng)中的結(jié)果。對(duì)于使用正交 數(shù)據(jù)信道存在顯而易見(jiàn)的益處。剩余的兩條線示出了本發(fā)明對(duì)于在穿過(guò) 差分群時(shí)延元件之后相鄰信道的時(shí)間平均偏振態(tài)是正交的(曲線903 ) 和成120度(曲線904 )時(shí)的效果?？煽闯鰧?duì)于正交發(fā)射信道的簡(jiǎn)單情況存在微小的附加益處，而對(duì)于平行發(fā)射數(shù)據(jù)信道發(fā)現(xiàn)有較大益處。
圖10示出對(duì)于如圖9所示的同樣環(huán)形試驗(yàn)，Q變化與信道的時(shí)間 平均偏振態(tài)之間的旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系曲線。其信道間隔是固定的，旋轉(zhuǎn)角 度在信道復(fù)用之后通過(guò)改變差分群時(shí)延元件(在該例子中為PM光纖) 的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。該圖示出通過(guò)將角度從對(duì)齊(0° )轉(zhuǎn)變到正交(90 。)，具有〉1.4dB的平均Q的提高。而且，接近90°的角度也有良好 性能。這表明對(duì)于系統(tǒng)中不恰當(dāng)?shù)男诺篱g隔或PM光纖長(zhǎng)度具有良好的 容納性。
可通過(guò)隨時(shí)間改變每個(gè)信道的絕對(duì)偏振態(tài)發(fā)現(xiàn)附加的性能益處。使 用在此所述的裝置，可通過(guò)調(diào)整信道的波長(zhǎng)同時(shí)保持相同的信道間隔而 改變絕對(duì)偏振態(tài)。在這種方式下，可響應(yīng)于系統(tǒng)積累的PMD中的改變(其 可隨時(shí)間的過(guò)去而改變并且對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)都是獨(dú)立的)而做出調(diào)整，從 而確保Q值落在圖9中所示出的直方圖的上部?jī)?nèi)。
有益的是，本發(fā)明不僅可有效對(duì)數(shù)據(jù)信道去偏振，以便減少諸如 FWM和XPM的效應(yīng)，而且也可對(duì)加載4言道去偏振，從而減少PDG效應(yīng)。
加載信道是"啞元(dummy)，，信道，將其包括在內(nèi)，以確保傳輸 系統(tǒng)的性能對(duì)于數(shù)據(jù)信道中傳播的光學(xué)信號(hào)來(lái)說(shuō)是合適的。
圖11示出偏振相關(guān)增益(PDG)對(duì)于穿過(guò)一系列放大器的探測(cè)信號(hào) 的影響，連同對(duì)兩個(gè)緊密間隔的、高度偏振的加載信號(hào)的影響。曲線 1101示出當(dāng)加載信道是平行時(shí)的響應(yīng)，而曲線1102示出當(dāng)加載信道是 正交時(shí)的響應(yīng)。正如在圖中可看到的，當(dāng)兩個(gè)加載信號(hào)平4亍時(shí)，PDG效 應(yīng)顯著增加。相反，當(dāng)正交偏振態(tài)時(shí)，整個(gè)加載功率對(duì)于線路放大器表 現(xiàn)為去偏振，從而抑制了PDG。圖11中的垂直箭頭顯示了加載信號(hào)的 頻率。
通常，使用很多波長(zhǎng)連續(xù)的(CW)激光源來(lái)提供用于加載信道的光 源，這些光源在功率和波長(zhǎng)上都可調(diào)。
現(xiàn)在可獲取與耦合器和光學(xué)放大器集成的激光二極管陣列。在一個(gè) n激光器的陣列中，通常n個(gè)激光器中的一個(gè)被接通，產(chǎn)生高度偏振并
且偏振得以維持的輸出到外部數(shù)據(jù)調(diào)制器的接口。然而，有可能接通不 只一個(gè)激光器，從而提供一可調(diào)保偏(PM)多信道源。
圖12示出兩個(gè)加載信道的偏振度與差分群時(shí)延的關(guān)系曲線。該圖示出凈皮45 (曲線1201 ) 、 50 (曲線1202 )和55GHz (曲線1203 )分離 的信道的關(guān)系。如所示出的，對(duì)于被50GHz間隔開(kāi)的加載信道，偏振度 中的零級(jí)最小值發(fā)生在10ps的差分群時(shí)延，并且通常，第n級(jí)的最小 值發(fā)生在(10 + n*20) ps。而且，可看出對(duì)于lOGHz范圍的信道間隔， 以10ps的固定差分群時(shí)延可達(dá)到小于0. 2 (或小于20%)的偏振度。 同樣地，該裝置能夠吸收激光器所產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)中的輕微偏移而無(wú)性 能上的嚴(yán)重?fù)p耗。如所示出的，在更高級(jí)的最小值處，對(duì)偏移的這種容 納性基本減少。
在給定的差分群時(shí)延值處，無(wú)限數(shù)量的不同信道間隔將產(chǎn)生最小 值。圖13示出50GHz (曲線1301) 、 150GHz (曲線1302 ),以及350Ghz 信道間隔都在10ps產(chǎn)生最小值。通常，以10ps的差分群時(shí)延，(50 + n* 100) GHz的信道間隔將提供最小值。然而，如所示出的，更高級(jí) (更大的n)的信道間隔對(duì)于差分群時(shí)延的任何變化有較小的容納性。
盡管上述討論涉及一使用兩個(gè)加載信道的本發(fā)明的實(shí)施方案，應(yīng)意 識(shí)到可使用任何數(shù)目的加載信道。
圖14示出對(duì)于包括3個(gè)(圖14A)和5個(gè)(圖14B)加載信道的系 統(tǒng)的偏振度與差分群時(shí)延的關(guān)系曲線。在三個(gè)加載信道情況中，當(dāng)具有 中心頻率的信道偏振正交于兩個(gè)外信道時(shí)，偏振程度被最小化。為確保 在每個(gè)偏振態(tài)傳輸?shù)墓β柿肯嗟?這樣偏振度被最小化)，兩個(gè)外信道 的功率被減少至大約為中心信道功率的一半。類(lèi)似地，在五個(gè)加載信道 的情況中，偏振態(tài)優(yōu)選改變，并且相應(yīng)地內(nèi)信道被優(yōu)選設(shè)置為是中心信 道功率的~0. 64倍，同時(shí)外信道是中心信道功率的~ 0. 16倍。通常， 最小的偏振度可以在n個(gè)第一偏振的信道和m個(gè)第二、正交偏振的信道 的系統(tǒng)中獲取，如果下列等式滿(mǎn)足
<formula>formula see original document page 15</formula>
戶(hù)'其中P是一給定信道的功率。
正如從圖14中可看到的，加載信道的數(shù)量越大，整個(gè)偏振度對(duì)差 分群時(shí)延的變化的容納性也越大。
如上所述，去偏振態(tài)可通過(guò)組合正交偏振信號(hào)實(shí)現(xiàn)。然而，正如本 領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可容易認(rèn)識(shí)到的，各種其他單獨(dú)偏振信號(hào)的組合將 導(dǎo)致整個(gè)偏振度為零。例如，組合有相等功率偏振為o、 uo和wo度的信號(hào)將產(chǎn)生整個(gè)為零的偏振度。通常，如果加載信道采取n個(gè)不同偏 振，那么其將為0, 360/n, 2 * 360/n和3 * 360/n以及類(lèi)似為(n-l) * 360/n度。
除了被線性偏振，加載信號(hào)也可被圓偏振。在圓偏振情況下，左手 和右手圓偏振信號(hào)的組合也可被選擇用于產(chǎn)生整體為零的偏振度。
傳輸光纖不可避免受到一些偏振模色散(PMD)的影響，其意味著 在長(zhǎng)距離之后，加載信道的偏振取向?qū)⒉辉俦３?。圖15示出去相關(guān)性 距離(在該距離處，不同信號(hào)的偏振之間的關(guān)系不再保持)如何相關(guān)于 加載信道之間的波長(zhǎng)間隔。如所示出的，加載信道在波長(zhǎng)上越接近，其 去相關(guān)性距離就越大。
通常需要在整個(gè)傳輸波帶中調(diào)整加載信道。然而，正如在圖15中 所示出的，在加載信道之間的較大的波長(zhǎng)間隔導(dǎo)致小的去相關(guān)性差別。 在一實(shí)施例中，諸多正交偏振加載信道在整個(gè)波長(zhǎng)頻譜內(nèi)被調(diào)整，每對(duì) 中的加載信道的波長(zhǎng)相接近，從而最大化去相關(guān)性距離。有利的是，每 對(duì)的波長(zhǎng)間隔是相同的，從而使單個(gè)PM光纖能夠提供對(duì)所有信道去偏 振的差分群時(shí)延方式。盡管以上描述了諸多對(duì)加載信道的使用，其他的 小規(guī)模組(諸如那些上述的由三個(gè)或五個(gè)信道組成的)可用作替代方案。
權(quán)利要求
1. 一種用于波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)備，包括多個(gè)光源，每個(gè)光源提供一光源信號(hào)；耦合到所述光源的保偏(PM)復(fù)用器，用于復(fù)用所述光源信號(hào)從而形成偏振復(fù)用信號(hào)；以及，耦合到所述PM復(fù)用器輸出的差分群時(shí)延(DGD)元件，其中所述差分群時(shí)延元件適于對(duì)所述復(fù)用信號(hào)去偏振，同時(shí)為每個(gè)源信號(hào)保持充分大的時(shí)間平均偏振度(DOP)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述差分群時(shí)延元件適于 為每個(gè)源信號(hào)保持大于0.7的時(shí)間平均偏振度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述光源適 于隨時(shí)間改變每個(gè)光源信號(hào)的頻率。
4. 根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述光學(xué)信號(hào)中的 一個(gè)或多個(gè)是加載信道。
5. 根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述差分群時(shí)延元 件是雙折射元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述差分群時(shí)延元件是PM 光纖。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述PM光纖的快和慢軸相 對(duì)于所述偏振復(fù)用信號(hào)的偏振態(tài)成45度對(duì)齊。
8. 根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述光源中的一個(gè) 或多個(gè)是連續(xù)波(CW)激光器。
9. 根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的光學(xué)設(shè)備，其中調(diào)整所述差分群時(shí) 延元件，使去偏振復(fù)用信號(hào)中的相鄰光源信號(hào)的時(shí)間平均偏振態(tài)(S0P)之間的角度是360/n度，其中n是大于或等于三的整數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)設(shè)備，其中n等于4。
11. 根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述差分群時(shí)延元 件適于引入(l+2m)/2Af的差分群時(shí)延，其中m是整數(shù)，Af是在所述復(fù)用信號(hào)中相鄰加載信道之間的頻率差。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)設(shè)備，其中m等于零。
13. 根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述光源信號(hào)包括諸多組不同頻率的加載信道，所述每組之間的頻率差基本大于每 組內(nèi)的頻率差，并且其中所述差分群時(shí)延元件適于對(duì)每組去偏振。
14. 一種處理光學(xué)信號(hào)的方法，包括如下步驟 將多個(gè)光源信號(hào)穿過(guò)保偏復(fù)用器從而形成偏振復(fù)用信號(hào)；并且， 將所述復(fù)用信號(hào)穿過(guò)包括差分群時(shí)延元件的光路從而使所述復(fù)用 信號(hào)去偏振，同時(shí)為每個(gè)光源信號(hào)保持充分大的時(shí)間平均偏振度(D0P )。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述差分群時(shí)延元件適于為每 個(gè)光源信號(hào)保持0.7以上的時(shí)間平均偏振度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的方法，其中所述光源適于 隨時(shí)間改變每個(gè)光源信號(hào)的頻率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14到16中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述光 源信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)是加載信道。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14到17中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述差 分群時(shí)延元件是雙折射元件。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述差分群時(shí)延元件是PM光 纖。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述PM光纖的快和慢軸相對(duì) 于所述偏振復(fù)用信號(hào)的偏振態(tài)成45度對(duì)齊。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14到20中任一權(quán)利要求所述的方法，其中調(diào)整所 述差分群時(shí)延元件，使所述去偏振復(fù)用信號(hào)中相鄰光源信號(hào)的時(shí) 間平均偏振態(tài)(SOP)之間的角度是360/n度，其中n是大于或等 于三的整數(shù)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中n等于4。
23. 根據(jù)權(quán)利要求14到22中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述差 分群時(shí)延元件適于引入(l+2m)/2Af的差分群時(shí)延，其中m是整 數(shù)，△ f是在所述復(fù)用信號(hào)中相鄰加載信道之間的頻率差。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中m等于零。
25. 根據(jù)權(quán)利要求14到24中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述差 分群時(shí)延元件可有效修改一個(gè)或多個(gè)光學(xué)信號(hào)的偏振態(tài)，從而使 每個(gè)光學(xué)信號(hào)的偏振態(tài)正交于剩余光學(xué)信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)的偏振態(tài)。
26.根據(jù)權(quán)利要求14到25中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述光 源信號(hào)包括諸多組不同頻率的加載信道，每組之間的頻率差基本 大于每組內(nèi)的頻率差，并且其中所述將所述復(fù)用信號(hào)穿過(guò)所述差 分群時(shí)延元件的步驟對(duì)每組去偏振。
全文摘要
所提供的是一種用于對(duì)波分復(fù)用(WDM)信號(hào)的總場(chǎng)去偏振的設(shè)備和方法。保偏復(fù)用器組合了諸多光學(xué)信號(hào)從而形成偏振復(fù)用信號(hào)。該復(fù)用信號(hào)接著穿過(guò)適于修改復(fù)用信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)光源信號(hào)偏振態(tài)的差分群時(shí)延(DGD)元件，從而至少使該復(fù)用信號(hào)部分去偏振。
文檔編號(hào)H04B10/50GK101449493SQ200780018226
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者R·奧博蘭德, S·M·韋伯, S·巴納斯, S·德斯布魯雷斯 申請(qǐng)人:X萬(wàn)億通信有限公司