用于对偏振复用信号进行去复用的光接收机系统和方法

专利名称：用于对偏振复用信号进行去复用的光接收机系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及光接收机，更具体地，涉及简化的光接收机架构， 其中，该架构能够对偏振-复用信号进行跟踪和去复用，利用各种偏振
控制器技术动态地补偿偏振模色散(PMD),并且将用于差分相移键 控(DPSK)和差分正交相移键控(DQPSK)调制的延迟线解调器的 数量减少一半。
背景技术：
传统的光纤通信系统发展完好并用于传输高数据速率的信号，例 如10Gbps和40Gbps 。然而，网络的迅速发展推动光纤通信系统的速 率不断增大。例如，当前的标准机构(例如IEEE)考虑100Gbps的数 据速率， 一旦考虑前向纠错(FEC)和分帧(例如G.709)开销，则需 要更高的传输速率(即，接近112Gbps)。其它标准机构(例如ITU-T) 考虑120Gbps的数据速率，需要更高的传输速率(即，接近130Gbps)。 该高数据速率超过了传统的电子器件和光学器件的限制。例如，传统 的系统利用直接二进制调制方案。不利地，直接二进制调制方案具有 非常差的频镨效率，使得在波分复用(WDM)系统中限制了整体的传 输系统使用。
一种用于改善光语效率并降低系统电子器件和光学器件需求的方 案是在单模光纤(SMF)中使用光信号的两个正交偏振，即，偏振复 用(polarization multiplexing, PolMux )。通过在相同的载波信号上传输 两个数据流有效地将信号波特率减d、一半。利用差分相移键控(DPSK ) 也能够改进信号传输特性，其中，DPSK为光的放大自发辐射(ASE) 噪声提供了增大的容限(tolerance),并且为有害的光纤非线性效应提 供了增大的容限。
在保留其它优点的情况下，利用差分正交相移键控(DQPSK)传输还能够获得光谱效率的进一步改善。同时，色散(CD)的容限被增 大，并且信号的波特率被降低(但是比特率并没有被降低)。例如，能
够利用PloMux和DQPSK将112 Gbps的信号编码为28GB的信号而 对其进行传输，相应地只需要支持28 Gbps的电子器件和光学元件。 有利地，这就允许超过传统的直接二进制调制方案限制的高速率信号 传输。
值得注意的是，偏振复用系统需要被配置为实现偏振去复用和偏 振模色散(PMD)抑制的接收机架构。PDM是高比特率信号在光纤中 传播时所经历的 一 般有害效应。其与光纤几何学中与理想完美圆形对 称的背离相关。由于光纤几何学，光信号被相应地分为用不同的速度 传播的两个偏振模式(偏振主态，PSP)，即，因此光纤变成双折射并 且看起来像大量波片的集合。
在某些点上，模之间累积了充分的延迟，使得到达接收机的信号 看起来像具有不同到达时间的两个流。所接收的信号经历双径干扰。 该延迟独立于信号的速率并且是光纤链路的固有特性。然而，当比特 周期变短时，数据信号所经历的损害与比特率成比例。当数据由正交 偏振光运载时，PMD会对偏振复用引起特别的问题，并且PMD会破 坏该正交性且引起偏振串扰。因此，PMD抑制是用于偏振复用的、高 速率接收机架构的所需组件。
参考图1,偏振复用/DxPSK接收系统10的本领域的现状使用分 离的组成部件12、 14、 16来实现PMD抑制12、偏4展去复用14、 16 以及DPSK/DQPSK (共同称为"DxPSK")信号解调和平衡"险测22、 24、 26、 28所需的功能。不利地，传统的传输方案具有与接收机设计 相关联的增加的复杂性。例如，输入28包括具有两个偏振的光信号。 输入28被连接至由两个偏振状态共享的PMD补偿器12。利用控制器 18在PMD补偿器12与偏振控制器(PC) 14之间提供反馈和控制。
特别地，需要系统IO在偏振分束器(PBS) 16处分解具有高度偏 振串扰抑制的正交偏振光。而且，当其破坏偏振光之间的正交性时， PMD容限被降低。最后，DxPSK调制对每个正交和偏振都需要一个 分离的延迟解调器20、 22(即，DPSK有两个，DQPSK有四个)，相应地增加了系统的成本。把每个级作为独立的PMD补偿器，随后是
PM去复用和DxPSK解调，这是非常昂贵且低效的，并且每级都需要 更快的控制循环。
因此，非常有利的是，提供一种接收机方案，其能够在具有减少 的零件数的单个系统中完成PMD抑制、偏振去复用以及DxPSK信号 解调和平衡4企测。

发明内容
在各种示例性实施方式中，本发明提供了简化的光接收机结构， 该接收机结构能够对偏振复用信号进行跟踪和去复用，利用各种偏振 控制器技术动态地补偿PMD，以及将用于DPSK和DQPSK调制的延 迟线解调器的数量减少 一 半。 一 旦在本发明的级联系统的第 一 级控制 偏振，则随后的级能够被简化并且降低成本。该方案需要仔细考虑经 过全部接收机光链的偏4展。
在本发明的示例性实施方式中，光接收机系统包括偏振去复用和 偏振模色散抑制部分、从偏振去复用和偏振模色散抑制部分接收输出 的第一偏振分束器、以及解调器。偏振去复用和偏振模色散抑制部分 包括连接至第一双折射元件的偏振控制器、连接至第一单级波片的第 一双折射元件、以及控制处理器，其中，该控制处理器被配置为响应 于反馈信号控制偏振控制器和第一单级波片。解调器包括从第一偏振 分束器接收第 一偏振光的第二双折射元件、连接至第二双折射元件的 第二偏振分束器、从第二偏振分束器接收输出的第 一组光电探测器、 从第一偏振分束器接收第二偏振光的第三双折射元件、被连接至第三 双折射元件的第三偏振分束器、以及从第三偏振分束器接收输出的第 二组光电探测器。可选地，光接收机系统进一步包括连接至第一单级 波片的第二双折射元件，并且该第二双折射元件被连接至第二单级波 片，其中，控制处理器被进一步配置为控制第二单级波片。第一、第 二、第三双折射元件包括稳定的保偏光纤、双折射晶体元件、以及偏 振分离的多径元件之一。稳定的保偏光纤包括主动的热稳定性。
光接收机系统进一步包括位于第 一偏振分束器之后的耦合器、以及信号检测器，其中，耦合器可操作以提供信号分接头，信号检测器 被配置为接收信号分接头并为控制处理器产生反馈信号以抑制偏振模 色散。偏振控制器、第一双折射元件和第一单级波片被配置为创建两 正交的偏振传播模式且模式之间具有可忽略的耦合。第二和第三双折 射元件的每个被配置为提供一比特延迟，其中，解调器进一步包括第 二和第三双折射元件的每个之间的接头。偏振去复用和偏振模色散抑 制部分被配置为同时稳定偏振光和抑制偏振模色散。光接收机系统进 一步包括入射到偏振去复用和偏振模色散抑制部分的光信号，其中， 入射的光信号包括偏振复用、以及差分相移键控和差分正交相移键控 中的一个。
在本发明的另一个示例性实施方式中，具有双径结构并在解调器 中处理两个偏振光的光接收机系统包括偏振去复用和偏振模色散抑制 部分、以及解调器。偏振去复用和偏振模色散抑制部分包括连接至循 环器的第 一端口的偏振控制器、连接至循环器的第二端口的第 一双折 射元件、连接至第一双折射元件的第一单级波片、连接至第一单级波 片的第二双折射元件、连接至第二双折射元件的反射镜、以及控制处 理器，其中，该控制处理器被配置为响应于反馈信号控制偏振控制器 和第一单级波片，循环器和反射镜可操作以形成双径结构。解调器包
括在循环器的第三端口接收输出的延迟干涉仪；均从延迟干涉仪接收 输出的第一和第二偏振分束器，其中，延迟干涉仪被配置为向第一和 第二偏振分束器发送第一和第二偏振光；从第一和第二偏振分束器的 每个接收第一偏振光的第一组光电探测器；以及从第一和第二偏振分 束器的每个接收第二偏振光的第二组光电检测器。可选地，光接收机 系统进一步包括连接在循环器的第三端口与延迟干涉仪之间的第二单 级波片，其中，控制处理器被进一步配置为控制第二单级波片。第一 和第二双折射元件包括稳定的保偏光纤、双折射晶体元件、以及偏振
分离的多径元件之一。稳定的保偏光纤包括主动的热稳定性。
可选地，解调器是第一解调器，来自循环器的第三端口的输出是 分支，并且光接收机系统进一步包括第二解调器。第二解调器包括从 循环器的第三端口接收输出的分支的第二延迟干涉仪；均从第二延迟干涉仪接收输出的第三和第四偏振分束器，其中，第二延迟干涉仪被 配置为均向第三和第四偏振分束器发送第一和第二偏振光；从第三和
第四偏振分束器的每个接收第一偏振光的第三组光电探测器；以及从 第三和第四偏振分束器的每个接收第二偏振光的第四组光电探测器。 偏振控制器、第一和第二双折射元件和第一单级波片被配置为创建两 正交偏振传播模式且模式之间具有可忽略的耦合，并且偏振去复用和 偏振模色散抑制部分被配置为同时稳定偏振光和抑制偏振模色散。
在本发明的另 一 个示例性实施方式中，具有双径结构并在解调器 中分别处理两个偏振光的光接收机系统包括偏振去复用和偏振模色散 抑制部分、从循环器的第三端口接收输出的第一偏振分束器、以及解 调器，其中，第一偏振分束器可操作以分解第一和第二偏振光。偏振 去复用和偏振模色散抑制部分包括连接至循环器的第 一端口的偏振控 制器、连接至循环器的第二端口的第一双折射元件、连接至第一双折 射元件的第一单级波片、连接至第一单级波片的第二双折射元件、连 接至第二双折射元件的反射镜、以及控制处理器，其中，控制处理器 被配置为响应于反馈信号控制偏振控制器和第一单级波片，循环器和 反射镜可操作以形成双径结构。解调器包括从第一偏振分束器接收第 一偏振光的第一延迟干涉仪，其中，第一延迟干涉仪包括双折射波片； 均从第 一延迟干涉仪接收输出的第三偏振分束器；从第二和第三偏振
分数器的每个接收第一偏振光的同相成分的第一组光电探测器；以及 从第二和第三偏振分束器的每个接收第一偏振光的正交成分的第二组
光电探测器。解调器进一步包括从第一偏振分束器接收第二偏振的第 二延迟干涉仪，其中，第二延迟干涉仪包括双折射波片；均从第二延 迟干涉仪接收输出的第四和第五偏振分束器；从第四和第五偏振分束 器的每个接收第二偏振的同相成分的第三组光电探测器；以及从第四 和第五偏振分束器的每个接收第二偏振的正交成分的第四组光电探测 器。
可选地，光接收机系统进一步包括连接在循环器的第三端口与第 一偏振分束器之间的第二单级波片，其中，控制处理器被进一步配置 为控制第二单级波片。第 一 和第二双折射元件包括稳定的保偏光纤、双折射晶体元件、以及偏振分离的多径元件之一。稳定的保偏光纤包 括主动的热稳定性。偏振控制器、第一和第二双折射元件和第一单级 波片被配置为创建两正交的偏振传播模式且模式之间具有可忽略的耦 合，并且偏振去复用和偏振模色散抑制部分被配置为同时稳定偏振光 和抑制偏振模色散。


在本文中，参考各附图描述和说明本发明，其中，相同的数字适 当地表示相同的系统元件，其中
图1是传统的接收机系统的框图，其中，该系统利用分离的组成
部件实现PMD抑制、偏振去复用以及DPSK/DQPSK信号解调和平衡
检测所需的功能；
图2是根据本发明的示例性实施方式的光接收机系统的框图； 图3是具有归零(RZ)脉沖的DPSK的示例性实施方式的示意图； 图4是能够用在第一级和DxPSK解调器中的不同相关延迟元件的
各种示例性实施方式的示意图5是根据本发明的另一个示例性实施方式的光接收机系统的框
图，其中，该系统增加了有效的级数并减少了所需的PMF光纤；以及 图6是用于DQPSK解调并具有I和Q通道的另一解调器系统的框图。
具体实施例方式
在各种示例性实施方式中，本发明提供了简化的光接收机结构， 其中，该光接收机结构能够对偏振-复用信号进行跟踪和去复用，利用 各种偏振控制器技术动态地补偿PMD，并将用于DPSK和DQPSK调 制的延迟线解调器的数量减少一半。 一旦在本发明的级联系统的第一 级稳定偏振光，随后的级则能够筒化并降低成本。
本发明稳定保偏光纤(PMF)部分，以使得相位变化保持在单个 2tt周期内。从而，本发明只需要单个完全任意的偏振控制器，而随后 的控制器则可被实现为具有明确方向轴的单级可调整波片。可选地，本发明考虑利用基于晶体的差分偏振延迟或其类似代替PMF部分。
参考图2，示出了根据本发明的示例性实施方式的光接收机系统
30。接收机系统30例如从单模光纤(SMF)接收输入32, 输入32 包括具有两个偏振态的光信号。接收机系统30是提供偏振去复用、 PMD抑制和DxPSK解调的级联系统。在第一级34中，系统30同时 实现偏振去复用和PMD抑制。有利地， 一旦在第一级34中将偏振稳 定，随后的级则被简化并降低成本。
本发明通过光接收机系统30将这些功能结合到一起并不断地监 测偏振。通过结合这些功能，接收机系统30相对于传统的设计降低了 控制循环的复杂性。另外，本发明能够利用各种偏振控制器技术来降 低成本并增加跟踪和补偿带宽。而且，本发明将用于DPSK和DQPSK 调制的延迟线解调器的数量减少 一半。
在第一级34中，输入32被连接至多级无穷偏振控制器(PC)36。 PC 36被配置为补偿偏振波动以提供稳定的偏振态(SOP)。 PC 36的 基本组成部件是光学波片。波片将入射光信号分解为两个正交的偏振 光(即，垂直的和水平的)，并且施加相对光学相移。例如，与入射的 线偏振光成X。角的X/2波片将该线偏振光旋转2X。，例如，与入射的 线偏振光成45°角的X/2片将信号旋转90°。在另一个实施例中，45° 的X/4片将线偏振光转变为圓偏振光。
通常，PC36被实现为由外部参数(例如，来自控制处理器42的 反馈)控制的一组级联的波片。PC 36中的每个波片均可具有两个控 制参数，即，其方向轴和其相对的相位延迟顺序。某些偏振控制方法 能控制两个参数，而某些偏振控制方法用相应的平衡只控制其中的一 个参数。本发明考虑了任意的偏振控制方法。在该示例性实施方式中， 波片36包括由X切割Z方向传播的铌酸锂(LiNb03 )材料或者X切 割Y方向传播的铌酸锂(LiNb03 )材料实现的级联旋转波片。
第一级34还包括附加的波片38、 40,其中，波片38、 40是单级 可变波片。本发明在第一级34将入射的光信号稳定，使得相位变化保 持在羊个2tt周期内。因此，光接收机系统30只需要单个完全任意的 PC,例如PC36。随后的控制被实现为单级波片38、 40。控制处理器42被配置为响应于从信号检测器和错误信号发生器
44接收的错误信号而控制PC36和波片38、 40。检测器/发生器44被 配置为从耦合器46接收光分接头，在偏振分束器(PBS) 48已将偏振 光分离之后，耦合器46分接出光信号的一部分。检测器/发生器44测 量光信号偏振中的波动和内部偏振干扰，并以错误信号的形式将反馈 信号提供给控制处理器42，控制处理器42反过来则控制PC 36和波 片38、 40。
控制处理器42、 PC 36和波片38、 40可操作以抑制PMD。光信 号被分解为以不同速度传播的两个偏振模式(即，偏振主态(PSP))， 即，光纤变成双折射且看起来像大量波片的集合。在某些点上具有由 在模式之间累积的PMD造成的足够长的延迟，使得到达输入32的信 号看起来像具有不同到达时间的两个流。该延迟独立于信号速率，并 且是光纤的固有特性。
第一级34在接收机系统30中稳定入射的偏振光，即，垂直和水 平分量，并且引入相对延迟，其中，该延迟大约等于光纤中累积的延 迟。但是，该延迟的相对符号发生反转，使得在传输光纤中被延迟的 分量在补偿部分中被提前。延迟元件可为某种形式的物理径差，例如， 高度双折射晶体或者高度双折射光纤(例如，保偏光纤50、 52)。波 片36、 38用于将合适的光信号分量与双折射元件的慢轴或快轴对准， 以通过双折射元件(即，PMF、晶体、多径)在光信号分量之间引入 相对时延。
在示例性实施方式中，PC36和波片38、 40通过稳定的保偏光纤 (PMF)的两部分50、 52进行连接。PMF 50、 52利用在核周围故意 引入的压力或者椭圆率在折射的光学指数中引入大的定向差。因而创
建了两个正交的偏振光传播模式，且模式之间具有可忽略的耦合。折 射的指数的差异性造成不同的模式群速度，并且通常的商业光纤所呈 现的微分模式延迟大约为每0.6米lps。因而，28Gbps信号的半比特 延迟将需要大约71.3ps的延迟，其中，该延迟大约为43 m的PMF 50、 52。 PMF50、 52通过在级34引入相对延迟来抑制PMD。在可选的示 例性实施方式中，PC36和波片38、 40可通过双折射晶体元件、偏振分离的多径元件等进行连接。
在第一级34之后，光信号被输入到PBS 48中，PBS48简单地将 光信号的正交偏振光分离。在PBS48之后，光信号被分为两个偏振光 54、 56并被发送到分离的径上用于DxPSK解调。DPSK和DQPSK方 案的都落入一般类型的相位解调。这些由自零差差分原理所检测。参 见图3,示出了具有RZ脉沖的DPSK的示例性实施方式。注意，DPSK 和DQPSK也能和非归零(NRZ)脉冲一起使用。首先，将RZ脉沖 80输入到脉沖调制器82,脉冲调制器利用预编码的数据执行相位调制 以输出经过DPSK相位调制的RZ数据流84。
在数据流84中传输的数据被编码为7T的差分相移。例如，如果发 送"0",则相移为7T或-7T，如果发送"1"，则相位保持一致。数据流 84在径86(例如，光纤)上传输。在接收机88处，由光信号形成两 份副本，并且一份副本由延迟干涉仪延迟一比特。在干涉仪的输出处 进行比较。如果相位相同，相长干涉则在"1"端口 90处产生脉冲， 如果相位是反向的，相长干涉则在"0"端口 92处产生脉冲。在端口 90、 92上的这些脉沖均由光电探测器94进行电观测得到，并且将其 相减。因而，在传统的电数据恢复电路中，'T，被观测为正脉沖，"0" 被观测为负脉冲。DQPSK也是类似的，但是相移增量是7r/2。
回到图2，在本发明的示例性实施方式中，两个偏振光54、 56均 通过45°接头58，然后通过稳定的PMF光纤60部分。45°接头58将 光信号在PMF光纤60的快、慢轴上平均划分，PMF光纤60的快、 慢轴反过来用于引入解调所需的相对的一比特延迟。在PMF光纤60 之后，信号由PBS 64处理，其中，PBS 64的轴相对于PMF光纤成45° 角。因此，加快和减慢用于光干涉的光学分量，并且产生同相输出到 PBS90的"1"端口或者产生异相输出到PBS 90的"0"端口。该操 作与图3中的延迟干涉仪88的功能相同。
光接收机系统30的性能由第一级34中的PC 36、波片38和40 的数量和PMF部分50、 52所管理。图2的示例性实施方式包括两部 分。其它配置能够包括附加的波片和PMF部分，改进了整体接收机性 能和PMD补偿能力，但是产生了增加的成本和复杂性。参见图4，在本发明的示例性实施方式中，不同的相对延迟元件
100、 102、 104能够被用作第一级和DxPSK解调器中的双折射元件。 这些不同的延迟元件100、 102、 104^f皮配置为在正交的偏振光之间^是 供固定的相对延迟。在第一选择中，可使用稳定的PMF部分IOO用作 图2所示的延迟元件。PMF100是光纤，其中，在具有很少或无交叉 耦合的光功率在偏振模式之间传播的过程中，维持入射到光纤中的光 波的偏振面。使用PMF 100的几种不同设计，例如，通过非圓包层横
PMF IOO很昂贵并且比标准单模光纤具有更高的衰减。
本发明利用在PM光纤的两个模式("慢"和"快")之间引入相 对光学相移的机制来稳定PM光纤部分。温度的变化引起玻璃材料的 折射指数的变化并产生热膨胀。指数热系数(1/ndn/dT)为8 x 10.6/°C， 并且热膨胀系统(Kexp=l/1 dl/dT)为8x 10—7/。C。然而，PM光纤的主 导机制是双折射的热致变化。例如，计算时将普通PANDA类型光纤 的系数KB设置为大约-1 x 1(TV。C，其比热膨胀高出若干个数量级(指 数变化已包含该效应中)。具有减弱的热依赖性的PM光纤已被论证， 但是还没有看到广泛的商业开发。
PM光纤的"慢，，和"快"模式之间的相对光学相移计算如下
必- — 2冗￡ 、 =~7~~ W呻十'入s' j di 丄s ，其中，LB是PM光纤的拍长。
假定U的典型参数为3 mm，并假定所需的PM光纤长度，得到 的相移为
对于21 m的PM光纤，dr ，以及
^ = —25 rad/T 对于12 m的PM光纤。
由于通常的工业温度的变化范围大于50度，因此有效的相位变化 将为2200个弧度或者350个全波周期。明显地，如此巨大的热依赖性 需要主动稳定性，并且稳定性必须是热稳定性。具有减弱的热依赖性 的PM光纤能够以其它的方法(例如，机械延伸机制)获得稳定。
通过假定本发明能够容忍温度上的最大士7T/2的相位变化，并且假定在这种情况下所需的热控制稳定性为AT = ±tt/2 / 25 = 0.068 。C,可计 算PMD补偿部分所需的热稳定性。该稳定性完全能够用本领域目前 的热控制状态获得，而且，用PM部分之后的1级可变波片获得进一 步的精确度。
通过假定本发明能够容忍温度上的最大士tt/60的相位变化，并且在 这种情况下所需的热控制稳定性为AT = ±tt/60 / 44 = 0.0012 。C，可计算 信号解调器部分所需的热稳定性。该稳定性很有挑战性，并且能够通 过耦合到光纤拉伸控制获得进一 步的改善。
本文中提供的计算和数量接近最坏情况，即，假定具体的PANDA 类型的光纤具有非常高的热依赖性。其它光纤类型，例如空气孔辅助 PM光纤，具有比其小IO倍的热稳定性。因而，利用其它光纤类型， 所有的上述稳定性要求能够被放宽大约10倍。
在另一个示例性实施方式中，双折射晶体元件102能够用作延迟 元件。双折射元件102提供了非常稳定且紧凑的相对延迟元件，但是 需要在感兴趣的波长上具有合适的光传输的晶体，并且需要仔细的制 作、封装和光纤连接。而且，在另一个选择中，可将反向径元件104 与偏振分束器106、两个不同长度的PMF 108、 110以及偏振合束器 112 —起使用。该实现避免了晶体传输问题，但是需要对具有精确的 相对延迟控制的微光学元件仔细装配。
参见图5，在本发明的另一个示例性的实施方式中，光接收机系 统120增加了有效级数，并减少了所需的PMF光纤使用或者其它双折 射元件。接收机系统120提供了双径结构，并用相同的延迟干涉仪来 处理用于DPSK解调的两个偏振信号。另外，接收机系统120能够用 于DQPSK检测，但是用具有四个输出的DQPSK延迟解调器取代 DPSK延迟解调器。
包括两个偏振的光信号输入122被输入到偏振控制器124。在该 实施方式中，用于偏振去复用和PMD抑制的第一级包括循环器130、 稳定的PMF的第一部分132、稳定的PMF的第二部分134以及反射 镜136。循环器130和反射镜136允许双径结构。控制处理器140被 配置为控制PC 124和波片126、 128，以动态地抑制PMD并且确保随后的偏振去复用。类似于图2,光接收机系统120在第一级稳定入射 的光信号，使得相位变化保持在单个27T周期内。因此，光接收机系统
120仅需要单个完全任意的PC，例如PC124。随后的控制被实现为单 级波片126、 128。
在波片128之后，光信号被分解为两个偏振光，偏振光1和2, 其中，偏振光l位于慢轴上，偏振光2位于快轴上。这些偏振光被提 供给解调器150用于DPSK解调。
可选地，对于DQPSK解调，还包括第二解调器152。解调器150、 152是具有非双折射操作的解调器。在此实现中，延迟干涉仪154是 非双折射元件，且其将偏4展光1和2发送至两个分离的PBS 156、 158。 PBS 156、 158分别对偏振光1和2进行分离。第一PBS156对相应于 两个偏振光的"1" it据的光信号进行分离，并且第二PBS 158对相应 于两个偏振光的"0"数据的光信号进行分离。PBS 156、 158的输出 被发送至光电探测器160、162用于检测。解调器150提供了用于DPSK 和DQPSK解调的同相通道(I-通道)的解调。解调器152提供了用于 DQPSK解调的正交通道(Q-通道)的解调，但是对于DPSK解调来说 解调器152是不需要的。
对于DQPSK解调，接收机系统120 <吏用两个分离的延迟干涉仪 用于I和Q通道，但是在相同的解调器内处理两个偏振光。参见图6， 可选的解调器系统180可具有大约相同的普通级别的复杂性，但是在 延迟解调器182、 184之前分离偏振信号。延迟解调器182、 184均用 于单个信号偏振光，并且利用其自身的内部偏振模式差异来分别解调 I和Q通道。
解调器系统180利用与图5中的接收机系统120相同的偏振跟踪 系统/PMD补偿元件(元件124-140)。在图6中，所示的解调器系统 180用于I和Q通道的DQPSK解调，并且系统180可用于不具有Q 通道的DPSK解调。偏振分束器186从偏振跟踪系统/PMD补偿器部 分接收光信号。偏振分束器186分解偏振光，并将其先发送至45°接 头188、 190，然后发至延迟解调器182、 184。
延迟解调器182、 184分别包括双折射波片192、 194以提供偏振光之间的相关相移。延迟解调器182包括+tt/4相移波片192，延迟184 包括-tt/4波片194。延迟解调器182、 184创建光信号的副本，并且延 迟该副本以提供干扰来确定相位。在延迟解调器182、 184之后，原始 信号和副本首先被分别发送至45°接头196、 198、 200、 202，然后被 发送到PBS 204、 206、 208、 210。
PBS 204、 206从原始信号和副本中分离出第一偏振光，并且将输 出提供给光电探测器212、 214，用于第一偏振光的I和Q通道。PBS 208、 210从原始信号和副本中分离出第二偏振光，并且将输出提供给 光电^^果测器216、 218,用于第二偏振光的I和Q通道。
在本发明的各种示例性实施方式中，接收机系统架构提供对偏振 复用信号的跟踪和去复用，同时动态地补偿PMD。本发明能够利用本 领域公知的各种偏振控制器技术来减少成本并增大跟踪和补偿的带 宽。而且，本发明将用于DPSK和DQPSK解调的延迟线解调器的数 量减少一半。本发明将偏振去复用、PMD抑制和DxPSK解调的功能 结合到一起，而不是将其作为分离的、独立的部件。
尽管参考优选的实施方式和具体的实施例说明和描述了本发明， 但是，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，其它实施方式 和实施例可执行类似的功能和/或获得类似的结果。所有这些等效的实 施方式和实施例在本发明的精神和范围内并倾向于由权利要求所覆 盖。
权利要求
1. 一种光接收机系统，包括偏振去复用和偏振模色散抑制部分，其包括连接至第一双折射元件的偏振控制器；所述第一双折射元件被连接至第一单级波片；以及控制处理器，被配置为响应于反馈信号控制所述偏振控制器所述第一单级波片；第一偏振分束器，从所述偏振去复用和偏振模色散抑制部分接收输出；以及解调器，其包括从所述第一偏振分束器接收第一偏振光的第二双折射元件；连接至所述第二双折射元件的第二偏振分束器；从所述第二偏振分束器接收输出的第一组光电探测器；从所述第一偏振分束器接收第二偏振光的第三双折射元件；连接至所述第三双折射元件的第三偏振分束器；以及从第三偏振分束器接收输出的第二组光电探测器。2. 如权利要求1所述的光接收系统，进一步包括被连接至所述第一单级波片的第二双折射元件，并且所述第二双折射元件被连接至第二单级波片；其中，所述控制处理器被进一步配置为控制所述第二单级波片。
2. 如权利要求1所述的光接收系统，进一步包括被连接至所述第 一单级波片的第二双折射元件，并且所述第二双折射元件被连接至第 二单级波片；其中，所述控制处理器被进一步配置为控制所述第二单级波片。
3. 如权利要求1所述的光接收机系统，进一步包括耦合器，位于所述第一偏振分束器之后，并且可操作以提供信号 分才妄头；以及信号检测器，被配置为接收所述信号分接头，并生成用于所述控 制处理器的所述反馈信号以抑制偏振模色散。
4. 如权利要求1所述的光接收机系统，其中，所述偏振控制器、所述第一双折射元件以及所述第一单级波片被配置为创建两个正交的 偏振传播模式，所述模式之间具有可忽略的耦合。
5. 如权利要求1所述的光接收机系统，其中，所述第二和第三双 折射元件中的每个均被配置为提供一比特延迟，并且所述解调器进一 步包括所述第二和第三双折射元件中的每个之间的接头。
6. 如权利要求1所述的光接收机系统，其中，所述偏振去复用和 偏振模色散抑制部分被配置为同时稳定偏振光和抑制偏振模色散。
7. 如权利要求1所述的光接收机系统，其进一步包括输入所述偏 振去复用和偏振模色散抑制部分的入射光信号，其中，所述入射光信 号包括偏振去复用，并包括差分相移键控和差分正交相移键控之一。
8. 如权利要求1所述的光接收机系统，其中，所述第一、第二和 第三双折射元件包括稳定的保偏光纤、双折射晶体元件和偏振分离的 多径元件之一。
9. 如权利要求8所述的光接收机系统，其中，所述稳定的保偏光 纤包括主动的热稳定性。
10 —种具有双径架构并在解调器中对两个偏振光均进行处理的 光接收机系统，包括偏振去复用和偏振模色散抑制部分包括连接至循环器的第 一 端口的偏振控制器；连接至所述循环器 的第二端口的第 一双折射元件；连接至所述第 一双折射元件的第一单级波片；连接至所述第一单级波片的第二双折射元件；连接 至所述第二双折射元件的反射镜；以及控制处理器，所述控制处理器被配置为响应于反馈信号控制所述偏振控制器和所述第一 单级波片；其中，所述循环器和反射镜可操作以形成所述双径架构； 解调器，其包括接收所述循环器的第三端口的输出的延迟干涉仪；均从所述 延迟干涉仪接收输出的第一和第二偏振分束器，其中，所述延迟 干涉仪被配置为将第一和第二偏振发送给所述第一和第二偏振 分束器；从所述第一和第二偏振分束器中的每个接收所述第一偏 振的第一组光电探测器；以及从所述第一和第二偏振分束器中的 每个接收所述第二偏振的第二组光电探测器。
11. 如权利要求IO所述的光接收系统，进一步包括被连接在所述 循环器的所述第三端口与所述延迟干涉仪之间的第二单级波片；其中，所述控制处理器被进一步配置为控制所述第二单级波片。
12. 如权利要求IO所述的光接收系统，其中，所述解调器包括第 一解调器，其中，来自所述循环器的所述第三端口的输出被分解；并 且所述光接收系统进一步包括第二解调器，所述第二解调器包括从所述循环器的所述第三端口接收所分解的输出的第二延迟干涉 仪；从所述第二延迟干涉仪接收输出的第三和第四偏振分束器，其中， 所述第二延迟干涉仪被配置为将所述第一和第二偏振光发送给所述第 三和第四偏振分束器；从所述第三和第四偏振分束器中的每个接收所述第一偏振光的第三组光电探测器；以及从所述第三和第四偏振分束 器中的每个接收所述第二偏振光的第四组光电探测器。
13. 如权利要求IO所述的光接收机系统，其中，所述第一和第二 双折射元件包括稳定的保偏光纤、双折射晶体元件和偏振分离的多径 元件之一。
14. 如权利要求13所述的光接收机系统，其中，所述稳定的保偏 光纤包括主动的热稳定性。
15. 如权利要求IO所述的光接收机系统，其中，所述偏振控制器、所述第一和第二双折射元件和所述第一单级波片被配置为创建两个正交的偏振传播模式，所述模式之间具有可忽略的耦合；以及其中，所述偏振去复用和偏振模色散抑制部分被配置为同时稳定 偏振光和抑制偏振模色散。
16. —种具有双径架构并在解调器中分别处理两个偏振的光接收 才几系统，包括偏振去复用和偏振模色散抑制部分，其包括连接至循环器的第 一端口的偏振控制器；连接至所述循环器 的第二端口的第 一双折射元件；连接至所述第 一双折射元件的第 一单级波片；连接至所述第一单级波片的第二双折射元件；连接 至所述第二双折射元件的反射镜；以及控制处理器，其中，所述 控制处理器被配置为响应于反馈信号控制所述偏振控制器和所 述第一单级波片；其中，所述循环器和反射镜可操作以形成所述双径架构； 从所述循环器的第三端口接收输出的第一偏振分束器，所述第一 偏振分束器可操作以将第一和第二偏振光分离；以及 解调器，其包括从所述偏振分束器接收所述第 一偏振的第 一延迟干涉仪，所 述第一延迟干涉仪包括双折射波片；均从所述第一延迟干涉仪接 收输出的第二和第三偏振分束器；从所述第二和第三偏振分束器 中的每个接收所述第一偏振光的同相成分的第一组光电探测器； 从所述第二和第三偏振分束器中的每个接收所述第一偏振光的 正交成分的第二组光电探测器；从所述第一偏振分束器接收所述第二偏振光的第二延迟干 涉仪，其中，所述第二延迟干涉仪包括双折射波片；从所述第二 延迟干涉仪接收输出的第四和第五偏振分束器；从所述第四和第 五偏振分束器中的每个接收所述第二偏振光的同相成分的第三 组光电探测器；以及从所述第四和第五偏振分束器中的每个接收所述第二偏振光的正交成分的第四组光电探测器。
17. 如权利要求16所述的光接收机系统，进一步包括连接在所述 循环器的所述第三端口与所述第 一偏振分光束之间的第二单级波片；其中，所述控制处理器被进一步配置为控制第二单级波片。
18. 如权利要求16所述的光接收机系统，其中，所述第一和第二 双折射元件包括稳定的保偏光纤、双折射晶体元件和偏振分离的多径 元件之一。
19. 如权利要求17所述的光接收机系统，其中，所述稳定的保偏 光纤包括主动的热稳定性。
20. 如权利要求16所述的光接收机系统，其中，所述偏振控制器、 所述第一和第二双折射元件和所述第一单级波片被配置为创建两个正 交的偏振传播模式，且所述模式之间具有可忽略的耦合；以及其中，所述偏振去复用和偏振模色散抑制部分被配置为同时稳定 偏振光和抑制偏振模色散。
全文摘要
示出了一种简化的光接收机结构，其中，该接收机结构能够对偏振复用信号进行跟踪和去复用，利用各种偏振控制技术动态地补偿PMD，并且将用于DPSK和DQPSK调制的延迟线解调器的数量减少一半。一旦在本发明的级联系统的第一级稳定了偏振光，则随后的级可被简化并降低成本。
文档编号H04J14/00GK101414882SQ20081017027
公开日2009年4月22日 申请日期2008年10月20日 优先权日2007年10月19日
发明者迈克尔·Y·弗兰克尔 申请人:希尔纳公司