專利名稱：波長(zhǎng)跟蹤色散補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及光學(xué)色散補(bǔ)償器，具體地，涉及用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)跟蹤色散補(bǔ)償器的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
光學(xué)信號(hào)色散補(bǔ)償器(DC)能夠校正光纖中的色散，尤其可用于10Gb/s或者更高的比特率。另外，對(duì)于色散補(bǔ)償器，最好具有可調(diào)(也成為“可調(diào)諧”)的色散量，以有助于系統(tǒng)的安裝。另外，還希望可調(diào)色散補(bǔ)償器(TDC)是無(wú)色的，也就是，一個(gè)設(shè)備能夠同時(shí)補(bǔ)償許多信道，或者可被選擇來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)中的任何信道。
以前提出的無(wú)色TDC包括環(huán)形諧振器(諧振腔)、成實(shí)像相控陣列(virtually imaged phased array(VIPA))、級(jí)聯(lián)馬赫-岑德?tīng)柛缮鎯x(MZI)、溫度調(diào)節(jié)校準(zhǔn)器、具有熱透鏡的波導(dǎo)光柵路由器(waveguide grating routers(WGR))，以及具有可變形的反射鏡的散裝光柵(體光柵，bulk gratings)。
在本發(fā)明人最近遞交的申請(qǐng)″TUNABLE DISPERSIONCOMPENSATOR″(2004年1月20日遞交，序列號(hào)No.10/760,516)，描述了一種實(shí)現(xiàn)基于無(wú)色馬赫-岑德?tīng)柛缮鎯x(MZI)的可調(diào)色散補(bǔ)償器的方法和設(shè)備。盡管這種TDC以非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了很大的色散范圍，但是其缺點(diǎn)是具有非常窄的光學(xué)帶寬。在TDC自由光譜自由光譜范圍中的一個(gè)范圍中，它能夠容許發(fā)射器的波長(zhǎng)和TDC的中心波長(zhǎng)之間有大約正負(fù)20pm的失配。該TDC光學(xué)帶寬對(duì)于波長(zhǎng)鎖定的發(fā)射器來(lái)說(shuō)是可以接受的，但是許多應(yīng)用使用的是非波長(zhǎng)鎖定式的發(fā)射器，這種發(fā)射器也稱為“TDM”發(fā)射器。TDM發(fā)射器在壽命期中的波長(zhǎng)漂移規(guī)范一般是正負(fù)100pm，這對(duì)于TDC光學(xué)帶寬來(lái)說(shuō)可能太大了。
為了克服這種光學(xué)帶寬局限，適應(yīng)TDM發(fā)射器波長(zhǎng)漂移規(guī)范，本發(fā)明人公開(kāi)了通過(guò)調(diào)節(jié)三MZI級(jí)TDC的最外兩個(gè)MZI的移相器，來(lái)將TDC鎖定到TDM發(fā)射器激光波長(zhǎng)。例如，通過(guò)協(xié)調(diào)地增強(qiáng)對(duì)最外兩個(gè)MZI的兩個(gè)較長(zhǎng)臂中的移相器的驅(qū)動(dòng)，可以將TDC調(diào)諧到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。鎖定的反饋控制機(jī)制是這樣產(chǎn)生的使用標(biāo)準(zhǔn)的峰值檢測(cè)反饋控制，使最外MZI中的這些移相器協(xié)調(diào)地在特定頻率抖動(dòng)，并使用抽頭(tap)和光電檢測(cè)器測(cè)量TDC的輸出功率。
但是，抖動(dòng)的使用會(huì)不良地增加對(duì)通過(guò)TDC在系統(tǒng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)制波長(zhǎng)信號(hào)的光調(diào)制，這可能會(huì)影響接收機(jī)檢測(cè)調(diào)制在該波長(zhǎng)信號(hào)上的數(shù)據(jù)的能力。另外，由于波長(zhǎng)信號(hào)的數(shù)據(jù)調(diào)制是作為抖動(dòng)出現(xiàn)的，會(huì)不利地使得TDC改變其中心波長(zhǎng)，影響色散補(bǔ)償。另外，這樣的抖動(dòng)技術(shù)對(duì)于低色散設(shè)置不能充分地工作。
這樣，就有對(duì)于這樣的TDC的持續(xù)的需要該TDC應(yīng)當(dāng)具有大的色散范圍，同時(shí)能夠適應(yīng)TDM發(fā)射器波長(zhǎng)漂移規(guī)范(在壽命期內(nèi)可能變化±100pm)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，公開(kāi)了實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)跟蹤色散補(bǔ)償器(WT-DC)的方法和設(shè)備，該補(bǔ)償器跟蹤接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)。該WT-DC包括輸入信號(hào)光學(xué)監(jiān)視器、差分檢測(cè)器控制電路、溫度控制器以及輸入信號(hào)色散補(bǔ)償器(DC)。該監(jiān)視器包括馬赫-岑德?tīng)柛缮鎯x(MZI)，該干涉儀的自由光譜自由光譜范圍與DC自由光譜自由光譜范圍或者其整數(shù)分之一或者整數(shù)倍匹配。所述監(jiān)視器的兩個(gè)輸出被耦合到所述差分檢測(cè)器控制電路的兩個(gè)光電檢測(cè)器。所述差分檢測(cè)器控制電路使用所述兩個(gè)光電檢測(cè)器之間的電流差來(lái)控制所述溫度控制器設(shè)置所述監(jiān)視器和DC的溫度。這樣，該WT-DC自動(dòng)地跟蹤輸入信號(hào)的波長(zhǎng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述監(jiān)視器和DC被集成在同一平面光波通路芯片上。因?yàn)楸O(jiān)視器被集成在與DC相同的芯片上，其增加的成本得到最小化，用溫度保證監(jiān)視器的波長(zhǎng)和色散補(bǔ)償器的跟蹤波長(zhǎng)。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，為了進(jìn)一步改善性能，使得DC具有可調(diào)的色散。在后面，用術(shù)語(yǔ)DC表示色散補(bǔ)償器，其既可以是固定的，也可以是可調(diào)的，這并不改變本發(fā)明的范圍。
具體地，在該WT-DC的一個(gè)實(shí)施例中，該補(bǔ)償器包括色散補(bǔ)償器DC，其具有與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，在基準(zhǔn)波長(zhǎng)工作，用于接收波長(zhǎng)可能隨時(shí)間改變的輸入信號(hào)；波長(zhǎng)監(jiān)視器，其具有與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，在與DC相同的基準(zhǔn)波長(zhǎng)工作，用于接收所述輸入信號(hào)，產(chǎn)生兩個(gè)輸出光信號(hào)；差分檢測(cè)器控制電路，用于檢測(cè)所述兩個(gè)輸出光信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)指示所接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)何時(shí)與DC的基準(zhǔn)波長(zhǎng)失配；以及溫度控制器，用于響應(yīng)于所述控制信號(hào)改變所述DC和所述波長(zhǎng)監(jiān)視器的溫度，以改變所述DC和所述波長(zhǎng)監(jiān)視器的基準(zhǔn)波長(zhǎng)，以與所接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)匹配。
在另一個(gè)實(shí)施例中，所述波長(zhǎng)監(jiān)視器只生成一個(gè)輸出光信號(hào)，所述檢測(cè)器控制電路檢測(cè)該信號(hào)并生成控制信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述DC和波長(zhǎng)監(jiān)視器都位于同一芯片(或者基片)上。根據(jù)一個(gè)特征，所述DC的自由光譜自由光譜范圍(FSR，free-spectral range)等于監(jiān)視器的FSR的N或者1/N倍，其中N是正整數(shù)。根據(jù)另一個(gè)特征，當(dāng)輸入信號(hào)為多波信號(hào)時(shí)，DC的FSR等于多波信號(hào)的信道間隔除以一個(gè)正整數(shù)M。在其它實(shí)施例中，WT-DC被集成為光設(shè)備的一部分，光設(shè)備包括下述一個(gè)或者多個(gè)光部件光發(fā)射器、光放大器、濾光器、波長(zhǎng)多路復(fù)用器、波長(zhǎng)多路分用器以及光接收器。


結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)說(shuō)明可以更加充分地理解本發(fā)明。附圖中圖1圖解了本發(fā)明的波長(zhǎng)跟蹤色散補(bǔ)償器(WT-DC)；
圖2A和2B圖解了與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)監(jiān)視器某些工作特性；圖3的曲線示了對(duì)于多波WT-DC方案，在WT-DC的自由光譜范圍上，色散隨波長(zhǎng)的變化；圖4圖解了WT-DC的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖5圖示了圖1的WT-DC的緊湊式平面波導(dǎo)布局；圖6A和6B圖示了WT-DC在說(shuō)明性的光發(fā)射系統(tǒng)中的應(yīng)用；圖7A和7B圖示了與鉺放大器一起布置的本發(fā)明的波長(zhǎng)跟蹤DC。
在下面的說(shuō)明中，在不同的附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。另外，在附圖標(biāo)記中，第一位表示該部件第一次出現(xiàn)的圖(例如，101首先出現(xiàn)在圖1中)。
具體實(shí)施例方式
見(jiàn)圖1，根據(jù)本發(fā)明，圖示了本發(fā)明的波長(zhǎng)跟蹤色散補(bǔ)償器(WT-DC)的示意圖。本發(fā)明的WT-DC 100包括四個(gè)基本單元(1)具有溫度相關(guān)色散的光信號(hào)色散補(bǔ)償器(DC)110，(2)具有溫度依賴性的波長(zhǎng)監(jiān)視器120，差分檢測(cè)器控制電路130，以及(3)用于改變DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120的溫度的溫度控制器140。在本發(fā)明的WT-DC的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120安裝在共同的基片或者芯片上。在另一個(gè)實(shí)施例中，DC 110被實(shí)現(xiàn)為具有固定的色散補(bǔ)償。在另一個(gè)實(shí)施例中，將一個(gè)半波片添加到DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120上，以使它們?cè)谄穹矫妾?dú)立。
為說(shuō)明的目的，DC 110可以使用在下述共同待審申請(qǐng)中描述的任何一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)C.R.Doerr 81?！錞UNABLE DISPERSIONCOMPENSATOR.″No.10/760,516，2004年1月20日遞交(下面稱為在先TDC申請(qǐng))，該申請(qǐng)通過(guò)引用被結(jié)合在本申請(qǐng)中。簡(jiǎn)單地說(shuō)，該申請(qǐng)描述了一種方法和設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)只有三個(gè)MZI級(jí)(在反射式方案中是兩個(gè)MZI級(jí))和兩個(gè)相應(yīng)于一個(gè)控制電壓的可調(diào)耦合器的無(wú)色的、與偏振無(wú)關(guān)的基于馬赫-岑德?tīng)柛缮鎯x(MZI)的可調(diào)色散補(bǔ)償器(TDC)，使得其緊湊、功耗低、易于制造、測(cè)試和操作。該TDC利用過(guò)中間級(jí)MZI的兩個(gè)光路長(zhǎng)度的中點(diǎn)的半波片來(lái)交換TE和TM偏振，從而實(shí)現(xiàn)與偏振無(wú)關(guān)性。這樣的基于MZI的TDC的25GHz自由光譜范圍的版本能夠?qū)?0Gb/s的信號(hào)補(bǔ)償大約±2100ps/nm。等于系統(tǒng)信道間隔除以一個(gè)整數(shù)的自由光譜范圍(FSR)使得該TDC可以無(wú)需調(diào)節(jié)TDC而同時(shí)補(bǔ)償許多信道，還可以補(bǔ)償這樣的情況波長(zhǎng)在不同信道之間跳躍。例如，25GHz自由光譜范圍，與20GHz和33.3GHz自由光譜范圍一樣，允許TDC補(bǔ)償100GHz網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)信道。盡管該在先TDC申請(qǐng)描述的TDC被實(shí)現(xiàn)為具有可調(diào)的色散補(bǔ)償，但是本發(fā)明的WT-DC的工作不需要該DC 110具有可調(diào)的色散補(bǔ)償，但是可調(diào)的色散補(bǔ)償DC 110仍然是優(yōu)選的。另外，盡管該在先TDC申請(qǐng)描述的TDC包括半波片，但是本發(fā)明的WT-DC的工作不需要該DC 110具有半波片，但是在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，向DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120添加了公共半波片(如果需要，也可以添加單獨(dú)的半波片)，以使它們的與偏振無(wú)關(guān)。
盡管該在先TDC申請(qǐng)用非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了比較大的色散范圍，但是其缺點(diǎn)是其光學(xué)帶寬很窄。在TDC自由光譜范圍中的一個(gè)范圍中，它能夠容許發(fā)射器的波長(zhǎng)(到TDC的輸入信號(hào))和TDC的中心波長(zhǎng)之間有大約正負(fù)20pm的失配。這對(duì)于波長(zhǎng)鎖定的發(fā)射器來(lái)說(shuō)是可以接受的，但是許多應(yīng)用使用的是非波長(zhǎng)鎖定式的發(fā)射器，這種發(fā)射器也稱為“TDM”發(fā)射器。TDM發(fā)射器在壽命期中的波長(zhǎng)漂移規(guī)范一般是正負(fù)100pm。為了使TDC的帶寬足以覆蓋該范圍并仍然有相同的色散范圍，就要求TDC更大、更復(fù)雜。
在該在先TDC申請(qǐng)中，如果在系統(tǒng)中使用的是波長(zhǎng)鎖定發(fā)射激光器，所述光學(xué)帶寬一般就足夠了。但是，在某些系統(tǒng)中，激光器波長(zhǎng)的不確定性對(duì)于TDC光學(xué)帶寬來(lái)說(shuō)太大了。在這種情況下，在該在先TDC申請(qǐng)中，發(fā)明人討論了能夠通過(guò)調(diào)節(jié)最外的兩個(gè)MZI的移相器來(lái)將TDC鎖定到激光器波長(zhǎng)。例如，通過(guò)協(xié)調(diào)地增強(qiáng)對(duì)最外兩個(gè)MZI的兩個(gè)較長(zhǎng)臂中的移相器的驅(qū)動(dòng)，可以將TDC調(diào)諧到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。鎖定的反饋是這樣產(chǎn)生的使用標(biāo)準(zhǔn)的峰值檢測(cè)反饋控制，使最外MZI中的這些移相器協(xié)調(diào)地在特定頻率抖動(dòng)，并使用抽頭(tap)和光電檢測(cè)器測(cè)量TDC的輸出功率。
但是，抖動(dòng)的使用會(huì)不良地增加對(duì)通過(guò)TDC在系統(tǒng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)制波長(zhǎng)信號(hào)的光調(diào)制，這可能會(huì)影響接收機(jī)檢測(cè)調(diào)制在該波長(zhǎng)信號(hào)上的數(shù)據(jù)的能力。另外，由于波長(zhǎng)信號(hào)的數(shù)據(jù)調(diào)制是作為抖動(dòng)出現(xiàn)的，會(huì)不利地使得TDC改變其中心波長(zhǎng)，影響色散補(bǔ)償。另外，這樣的抖動(dòng)技術(shù)對(duì)于低色散設(shè)置不能充分地工作。
見(jiàn)圖1，本發(fā)明的新穎的WT-DC 100提供了一種獨(dú)特的解決方案，使DC 110針對(duì)來(lái)自非波長(zhǎng)鎖定的發(fā)射激光器的輸入信號(hào)調(diào)諧。該WT-DC 100將DC 110和光學(xué)波長(zhǎng)監(jiān)視器120集成在同一平面光波通路芯片或者基片150上。由于DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120都具有溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，通過(guò)改變芯片150的溫度來(lái)改變DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120的基準(zhǔn)(或者中心)工作波長(zhǎng)。
差分檢測(cè)器控制電路130監(jiān)視波長(zhǎng)監(jiān)視器120的輸出，以確定接收到的輸入信號(hào)(例如接收到的非波長(zhǎng)鎖定式發(fā)射器激光信號(hào))波長(zhǎng)和DC 110的基準(zhǔn)工作波長(zhǎng)之間的差，產(chǎn)生用來(lái)控制芯片150溫度的控制信號(hào)138。該控制信號(hào)138控制溫度控制器140來(lái)改變芯片或者基片150的溫度。按照上述方式，光學(xué)波長(zhǎng)監(jiān)視器120、差分檢測(cè)器控制電路130和溫度控制器140被用來(lái)調(diào)節(jié)芯片150的溫度，以使DC 110的中心波長(zhǎng)與接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)匹配。
溫度傳感器133將溫度讀數(shù)提供給控制電路132?？刂齐娐?32使用所述溫度讀數(shù)來(lái)確保所述溫度在WT-DC 100處于待機(jī)模式時(shí)或者在沒(méi)有接收到輸入信號(hào)時(shí)沒(méi)有改變。
波長(zhǎng)監(jiān)視器120包括自由光譜范圍與DC 110自由光譜范圍匹配或者是其整數(shù)倍的馬赫-岑德?tīng)柛缮鎯x(MZI)設(shè)備。注意，對(duì)WT-DC100的輸入信號(hào)一般是來(lái)自發(fā)射器的激光信號(hào)或者其它光學(xué)波長(zhǎng)信號(hào)，其波長(zhǎng)可能隨時(shí)間變化。該輸入信號(hào)被耦合到分束器或者抽頭101，其輸出被耦合到DC 110的輸入，第二輸出被耦合到波長(zhǎng)監(jiān)視器120的輸入。波長(zhǎng)監(jiān)視器120的兩個(gè)光學(xué)輸出102被耦合到差分檢測(cè)器控制電路130的差分檢測(cè)器131的輸入。所述光學(xué)輸入被耦合到兩個(gè)光電檢測(cè)器135和136，光電檢測(cè)器的輸出在減法器137中相減，產(chǎn)生一個(gè)dc電流差。該dc電流差被連接到控制電路132，后者生成控制信號(hào)138，該控制信號(hào)被溫度控制器130用來(lái)調(diào)節(jié)芯片(基片)150的溫度。這樣，光電檢測(cè)器135和136之間的dc電流差被用來(lái)控制DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120的溫度。最好，DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120都位于同一芯片(或者基片)150上，但是不一定需要如此。DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120都使用非常相似的MZI設(shè)備實(shí)現(xiàn)，因此它們都表現(xiàn)出相同的總?cè)貉舆t、傳遞系數(shù)(透射率)和溫度相關(guān)波長(zhǎng)特性。由于DC110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120都具有可比的與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，并且都形成在同一芯片150上，改變芯片150的溫度同等地影響DC 110和波長(zhǎng)監(jiān)視器120的基準(zhǔn)(或者中心)工作波長(zhǎng)。結(jié)果，芯片150的溫度的任何上升/下降調(diào)整使得WT-DC 100升高/降低其基準(zhǔn)波長(zhǎng)，以自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)的波長(zhǎng)的任何變化。由于本發(fā)明的WT-DC 100將波長(zhǎng)監(jiān)視器120集成在與DC 110相同的芯片150上，波長(zhǎng)監(jiān)視器120對(duì)芯片150的成本增加甚少。
作為進(jìn)一步的增強(qiáng)手段，在MZI的兩個(gè)臂上對(duì)稱的位置添加一個(gè)半波片121，以去除偏振相關(guān)性。這樣，例如，如果接收到的光信號(hào)的TE偏振光波部分傳播通過(guò)MZI的第一半122中的MZI的較長(zhǎng)臂，則該半波片121旋轉(zhuǎn)TE偏振光波，使其變?yōu)門M偏振光波，傳播通過(guò)MZI的第二半123中的較長(zhǎng)路徑。對(duì)應(yīng)地，接收到的光信號(hào)的TM偏振光波部分傳播通過(guò)MZI的第一半122中的較短臂，半波片121旋轉(zhuǎn)TM偏振光波，使得其變?yōu)門E偏振光波，傳播通過(guò)MZI的第二半123的較短臂。
在上面的說(shuō)明中，相反地，TE和TM光波部分的角色可以逆轉(zhuǎn)，也就是，TM光波部分傳播通過(guò)較長(zhǎng)臂，TE光波部分傳播通過(guò)第一半122中的MZI的較短臂。
結(jié)果，當(dāng)TE和TM偏振光波通過(guò)MZI時(shí)，半波片121消除了它們之間的任何與偏振相關(guān)的波長(zhǎng)偏移(PDW)差。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在前述共同待審申請(qǐng)中描述的TDC的半波片121和半波片111可以被組合為一個(gè)公共半波片，其同時(shí)為MZI和DC 110提供與偏振無(wú)關(guān)性。
下面同時(shí)參考圖1、2A和2B，描述WT-DC 100的具體工作特性。圖2A和2B圖解了當(dāng)輸入信號(hào)與DC 110的中心(或者基準(zhǔn))波長(zhǎng)213匹配(圖2B)和失配(圖2A)時(shí)，DC 110的色散和群延遲，以及波長(zhǎng)監(jiān)視器120的傳遞系數(shù)(透射率)。注意，波長(zhǎng)監(jiān)視器120的色散和群延遲特性(未圖示)大致與針對(duì)DC 110圖示的一樣。如圖2B所示，在匹配狀態(tài)中，輸入信號(hào)具有與DC 110的中心波長(zhǎng)相同的波長(zhǎng)213，并落在色散帶寬214中心內(nèi)(DC 110的色散值在其最大范圍內(nèi))。色散帶寬214代表DC 110的工作波長(zhǎng)范圍。在匹配狀態(tài)下，DC 110的群延遲由211表示為0。在匹配狀態(tài)下，如212所示，波長(zhǎng)監(jiān)視器120的輸出端口O1和O2在相等的傳遞系數(shù)(透射率)水平。結(jié)果，減法器137的輸出為0，控制電路132產(chǎn)生的控制信號(hào)138的值向溫度控制器140發(fā)出信號(hào)，將芯片150維持在其當(dāng)前的溫度水平。
參見(jiàn)圖2A，在失配狀態(tài)下，輸入信號(hào)的波長(zhǎng)變化(漂移)到了或者高于223或者低于224 DC 110的中心波長(zhǎng)213的值。當(dāng)輸入信號(hào)的波長(zhǎng)223高于DC的中心波長(zhǎng)213時(shí)，220所示的DC 110的色散仍然落在其最大范圍值內(nèi)，但是，其偏移到其帶寬范圍的右側(cè)231，221所示的DC 110的群延遲為相對(duì)于其匹配值233的負(fù)值232。在該失配狀態(tài)下，波長(zhǎng)監(jiān)視器120的輸出端口O1與輸出端口02的傳遞系數(shù)(透射率)水平235相比處于較高的傳遞系數(shù)(透射率)水平234。結(jié)果，減法器137的輸出為正，控制電路132生成的控制信號(hào)138的值向溫度控制器140傳遞信號(hào)，調(diào)節(jié)芯片150的溫度(升或者降)，直到DC 110的中心波長(zhǎng)213升高到與輸入信號(hào)的波長(zhǎng)223匹配。當(dāng)DC 110的中心波長(zhǎng)213再次與輸入信號(hào)的波長(zhǎng)223匹配時(shí)，減法器137的輸出變?yōu)?，控制信號(hào)138停在該值，該值使得溫度控制器140將芯片150維持在當(dāng)前溫度水平。
類似地，當(dāng)輸入信號(hào)的波長(zhǎng)改變到低于DC的中心波長(zhǎng)213的值224時(shí)，220所示的DC 110的色散仍然落在其最大范圍值內(nèi)，但是，其偏移到其帶寬范圍的左側(cè)，221所示的DC 110的群延遲為相對(duì)于其匹配值的正值。在該失配狀態(tài)下，波長(zhǎng)監(jiān)視器120的輸出端口O2與輸出端口01的傳遞系數(shù)(透射率)水平相比處于較高的傳遞系數(shù)(透射率)水平。結(jié)果，減法器137的輸出為負(fù)，控制電路132生成的控制信號(hào)138的值向溫度控制器140傳遞信號(hào)，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)芯片150的溫度，直到DC 110的中心波長(zhǎng)213降低到與輸入信號(hào)的波長(zhǎng)224匹配。當(dāng)DC 110的中心波長(zhǎng)213再次與輸入信號(hào)的波長(zhǎng)224匹配時(shí)，減法器137的輸出變?yōu)?，控制信號(hào)138停在該值，該值使得溫度控制器140將芯片150維持在當(dāng)前溫度水平。
針對(duì)多波WT-DC 100方案，圖3的曲線示了在WT-DC 100的自由光譜范圍(FSR)上，色散特性隨波長(zhǎng)的變化。如圖所示，當(dāng)輸入信號(hào)為多波信號(hào)(例如波分多路復(fù)用信號(hào))時(shí)，WT-DC 100的FSR的間隔應(yīng)當(dāng)?shù)扔诙嗖ㄐ盘?hào)的信道間隔除以一個(gè)正整數(shù)M。這樣，在圖示的例子中，WT-DC 100的FSR等于多波信號(hào)的信道間隔，這樣，波長(zhǎng)信道1和2分別落在由FSR隔開(kāi)的不同色散帶寬中。應(yīng)當(dāng)注意，在這樣的多波WT-DC 100方案中，F(xiàn)SRMon＝N×FSRDC，其中，F(xiàn)SRMon是監(jiān)視器120的FSR，F(xiàn)SRDC是DC 110的FSR，N為正整數(shù)。這樣，F(xiàn)SRMon等于N×M倍的多波信號(hào)系統(tǒng)信道間隔。使DC 110具有等于系統(tǒng)信道間隔FSRMon除以整數(shù)的FSR使得DC 110無(wú)需調(diào)節(jié)DC 110就可以同時(shí)補(bǔ)償許多信道，或者在波長(zhǎng)在不同信道間跳躍時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。
對(duì)于控制信號(hào)138，上面描述了使用兩個(gè)檢測(cè)器135和136之間的差。在另一個(gè)實(shí)施例中，只使用一個(gè)檢測(cè)器比如135來(lái)監(jiān)視輸入信號(hào)。在這樣的方案中，控制單元132將來(lái)自檢測(cè)器135的輸出信號(hào)139與接收到的功率水平信號(hào)160(例如來(lái)自連接在WT-DC之前或者之后的光放大器(未圖示)內(nèi)部的抽頭)相比較，以確定控制信號(hào)138。另一種單檢測(cè)器的實(shí)施例是，輸入信號(hào)恰好是以預(yù)定調(diào)制進(jìn)行了波長(zhǎng)調(diào)制(例如，使用單一可變頻率，固定頻率，周期信號(hào)，或者抖動(dòng)信號(hào))。一種說(shuō)明性的方案是，當(dāng)使用抖動(dòng)信號(hào)時(shí)(有時(shí)候是這樣的)，比如，如果輸入激光器被施加了受激布里淵散射抑制色調(diào)。在這樣的實(shí)施例中，可以僅使用一個(gè)檢測(cè)器，比如135，并使用對(duì)用于控制信號(hào)138的抖動(dòng)信號(hào)的信號(hào)處理。這是因?yàn)?，輸入信?hào)的波長(zhǎng)的調(diào)制會(huì)使得檢測(cè)器135檢測(cè)該調(diào)制，檢測(cè)到的調(diào)制的幅度取決于信號(hào)和監(jiān)視器之間的波長(zhǎng)匹配。
圖4圖解了圖1的WT-DC 100的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。如圖所示，芯片或者基片150被安裝在金屬或者其它類型的熱擴(kuò)散部件401上。溫度控制器140可以是熱電元件或者是其它類型的冷卻元件，被熱耦合到熱擴(kuò)散部件401。當(dāng)WT-DC 100處于待機(jī)模式或者當(dāng)沒(méi)有接收到輸入信號(hào)時(shí)，控制電路132從溫度傳感器133接收溫度讀數(shù)，并從減法器137接收輸入，作為響應(yīng)，生成控制信號(hào)138以控制溫度控制器140。這樣，當(dāng)WT-DC 100處于待機(jī)模式或者當(dāng)沒(méi)有接收到輸入信號(hào)時(shí)，控制電路132控制芯片或者基片150的溫度。
圖5圖示了圖1的WT-DC 100的說(shuō)明性的緊湊的平面波導(dǎo)布局。如圖所示，輸入信號(hào)通過(guò)連接器501被耦合到分束器或者抽頭101，其中一個(gè)輸出耦合到DC 110的一個(gè)輸入，第二輸出被耦合到波長(zhǎng)監(jiān)視器120的一個(gè)輸入。波長(zhǎng)監(jiān)視器120的兩個(gè)光輸出102通過(guò)連接器501耦合到差分檢測(cè)器131的輸入。DC 110的輸出通過(guò)連接器501耦合而成為WT-DC 100的輸出。對(duì)分束器101、波長(zhǎng)監(jiān)視器120和DC110使用如圖所示的布局方案，對(duì)WT-DC 100得到緊湊的平面波導(dǎo)布局。
圖6A和6B圖示了本發(fā)明的WT-DC在說(shuō)明性的光傳輸系統(tǒng)中的使用。圖6A圖示了傳輸前色散補(bǔ)償系統(tǒng)，其中，第一位置600包括光發(fā)射單元601、用于進(jìn)行傳輸前色散補(bǔ)償?shù)腤T-DC 602、光放大器603，以及，如果需要的話，波長(zhǎng)多路復(fù)用器604。輸出信號(hào)通過(guò)光設(shè)施610發(fā)送到第二位置620。第二位置620包括波長(zhǎng)多路分用器(如果需要的話)、放大器623以及光接收機(jī)單元622。由于圖示的光傳輸系統(tǒng)是雙向的，第一位置也包括多路分用器621(如果需要的話)、放大器623以及光接收器單元622，它們通過(guò)光設(shè)施630連接到包括光發(fā)射單元601、用于進(jìn)行傳輸前色散補(bǔ)償?shù)腤T-DC 602、光放大器603以及多路復(fù)用器604(如果需要的話)的第二位置620。注意，光發(fā)射單元601和光接收單元622一般被封裝在一起，作為收發(fā)單元640。
圖6B圖示了傳輸后色散補(bǔ)償系統(tǒng)，其中，第一位置600包括光發(fā)射單元601、光放大器603，以及，如果需要的話，波長(zhǎng)多路復(fù)用器604。輸出信號(hào)通過(guò)光設(shè)施610發(fā)送到第二位置620。第二位置620包括波長(zhǎng)多路分用器621(如果需要的話)、放大器623、用于進(jìn)行傳輸后色散補(bǔ)償?shù)腤T-DC 602、光學(xué)濾波器605(例如放大自發(fā)發(fā)射(amplified spontaneous emission(ASE))濾波器)以及光接收機(jī)單元622。由于圖示的光傳輸系統(tǒng)是雙向的，第一位置也包括多路分用器621(如果需要的話)、放大器623、WT-DC 602、光學(xué)濾波器605以及光接收器單元622，它們通過(guò)光設(shè)施630連接到包括光發(fā)射單元601、光放大器603以及多路復(fù)用器604(如果需要的話)的第二位置620。WT-DC 602和ASE濾波器605的順序可以逆轉(zhuǎn)而不會(huì)影響系統(tǒng)的性能。
注意，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(SSMF)光設(shè)施610的長(zhǎng)度小于80km的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般不需要色散補(bǔ)償。對(duì)于SSMF光設(shè)施610的長(zhǎng)度在大約80-135km的范圍內(nèi)時(shí)，優(yōu)選圖6A所示的傳輸前色散補(bǔ)償系統(tǒng)。對(duì)于長(zhǎng)度范圍在大約135到160km的SSMF光設(shè)施610，優(yōu)選圖6B所示的傳輸后色散補(bǔ)償系統(tǒng)。
在圖6A和6B的系統(tǒng)方案中，應(yīng)當(dāng)注意，WT-DC 602可以與一個(gè)或者多個(gè)光學(xué)部件，比如光發(fā)射器601、光放大器603、光學(xué)濾波器605、波長(zhǎng)多路復(fù)用器604、波長(zhǎng)多路分用器621以及光接收器622等集成在一起。例如，WT-DC 602可以與激光器和光調(diào)制器一起單片集成在InGaAsP中，形成具有內(nèi)置色散預(yù)補(bǔ)償?shù)墓獍l(fā)射器。
圖7A圖示了與鉺放大器布置在一起的本發(fā)明的WT-DC的說(shuō)明性的設(shè)計(jì)。在該方案中，WT-DC 705被布置為偏振分集方案，以使WT-DC功能與偏振無(wú)關(guān)(即使WT-DC設(shè)備705本身是偏振相關(guān)的)，其中，偏振保持光纖(polarization maintaining fibers(PMF))702和703按照已知的方式被接合為環(huán)行器/偏振分束器(circulator/polarization splitter(CPS))701。在工作時(shí)，環(huán)行器收到的輸入光信號(hào)700在偏振分束器中被分束，并通過(guò)PMF 702耦合到WT-DC 705。來(lái)自WT-DC 705的經(jīng)過(guò)色散補(bǔ)償后的光信號(hào)通過(guò)PMF703被耦合到偏振分束器，并通過(guò)環(huán)行器到鉺放大器710。環(huán)行器/偏振分束器(CPS)701取消了鉺放大器710中對(duì)輸入信號(hào)隔離器711的需要。這樣，鉺放大器710僅需要包括鉺光纖輸出隔離器713，以及正向泵浦及耦合器(forward pump and coupler)714或者反向泵浦及耦合器(back pump and coupler)715。應(yīng)當(dāng)注意，如果圖1的WT-DC 100被實(shí)現(xiàn)為僅具有三個(gè)MZI級(jí)(如前面引用的申請(qǐng)所述)，則可相對(duì)簡(jiǎn)單地使其對(duì)其自身與偏振無(wú)關(guān)，因此不需要使用PMF 702和703以及環(huán)行器/偏振分束器(CPS)701的偏振分集方案。
圖7B圖示了與鉺放大器710布置在一起的與偏振無(wú)關(guān)的反射式WT-DC 751(如前面引用的申請(qǐng)中所述)。使用環(huán)行器750來(lái)將輸入光信號(hào)700耦合到WT-DC 751，并將經(jīng)過(guò)色散補(bǔ)償?shù)墓庑盘?hào)耦合到鉺放大器710。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明可以作出各種修改。如果偏離本說(shuō)明書中的具體數(shù)導(dǎo)，但是基本上依賴于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)作出貢獻(xiàn)的本發(fā)明的原理及其等效方案，則應(yīng)視為在這里所說(shuō)明和請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種波長(zhǎng)跟蹤色散補(bǔ)償器WT-DC，包括色散補(bǔ)償器，其具有與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，在基準(zhǔn)波長(zhǎng)工作，用于接收波長(zhǎng)可隨時(shí)間改變的輸入信號(hào)；波長(zhǎng)監(jiān)視器，其具有與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，在與所述色散補(bǔ)償器相同的基準(zhǔn)波長(zhǎng)工作，用于接收所述輸入信號(hào)，產(chǎn)生兩個(gè)輸出光信號(hào)；差分檢測(cè)器控制電路，用于檢測(cè)所述兩個(gè)輸出光信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)指示所接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)何時(shí)與所述色散補(bǔ)償器的基準(zhǔn)波長(zhǎng)失配；以及溫度控制器，用于響應(yīng)于所述控制信號(hào)改變所述色散補(bǔ)償器和所述波長(zhǎng)監(jiān)視器的溫度，以改變所述色散補(bǔ)償器和所述波長(zhǎng)監(jiān)視器的基準(zhǔn)波長(zhǎng)，以與所接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的WT-DC，其中，所述色散補(bǔ)償器和波長(zhǎng)監(jiān)視器分別具有單獨(dú)的半波片，或者共用公共的半波片，以實(shí)現(xiàn)偏振無(wú)關(guān)性。
3.如權(quán)利要求1所述的WT-DC，其中，所述色散補(bǔ)償器的自由光譜自由光譜范圍FSR等于所述監(jiān)視器的FSR的N或者1/N倍，其中N為正整數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的WT-DC，還包括溫度傳感器，用于確定基片的溫度，其中，當(dāng)WT-DC處于待機(jī)模式或者當(dāng)沒(méi)有接收到輸入信號(hào)時(shí)，所述差分檢測(cè)器控制電路使用來(lái)自該溫度傳感器的信號(hào)來(lái)確定溫度控制器的溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的WT-DC，其中，所述差分檢測(cè)器控制電路包括兩個(gè)光電檢測(cè)器，用于檢測(cè)來(lái)自所述可調(diào)波長(zhǎng)監(jiān)視器的兩個(gè)輸出光信號(hào)，生成兩個(gè)電信號(hào)；減法器，用于從所述兩個(gè)電信號(hào)生成一個(gè)差信號(hào)，并輸出該差分電輸出信號(hào)；以及控制電路，用于接收所述差分電輸出信號(hào)，并由之生成所述控制信號(hào)。
6.一種操作波長(zhǎng)跟蹤色散補(bǔ)償器WT-DC的方法，包括下述步驟在色散補(bǔ)償器接收輸入信號(hào)，該色散補(bǔ)償器具有與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，并在基準(zhǔn)波長(zhǎng)工作；在波長(zhǎng)監(jiān)視器接收所述輸入信號(hào)，該波長(zhǎng)監(jiān)視器具有與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，在與所述色散補(bǔ)償器相同的基準(zhǔn)波長(zhǎng)工作，產(chǎn)生兩個(gè)輸出光信號(hào)；檢測(cè)所述兩個(gè)輸出光信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)指示所接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)何時(shí)與所述色散補(bǔ)償器的基準(zhǔn)波長(zhǎng)失配；以及響應(yīng)于所述控制信號(hào)改變所述色散補(bǔ)償器和所述波長(zhǎng)監(jiān)視器的溫度，以改變所述色散補(bǔ)償器和所述波長(zhǎng)監(jiān)視器的基準(zhǔn)波長(zhǎng)，以與所接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)匹配。
7.一種波長(zhǎng)跟蹤色散補(bǔ)償器WT-DC，包括色散補(bǔ)償器，其具有與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，在基準(zhǔn)波長(zhǎng)工作，用于接收波長(zhǎng)可隨時(shí)間改變的輸入信號(hào)；波長(zhǎng)監(jiān)視器，其具有與溫度相關(guān)的波長(zhǎng)特性，在與所述色散補(bǔ)償器相同的基準(zhǔn)波長(zhǎng)工作，用于接收所述輸入信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)輸出光信號(hào)；檢測(cè)器控制電路，用于檢測(cè)來(lái)自所述監(jiān)視器的所述輸出光信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)指示所接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)何時(shí)與所述色散補(bǔ)償器的基準(zhǔn)波長(zhǎng)失配；以及溫度控制器，用于響應(yīng)于所述控制信號(hào)改變所述色散補(bǔ)償器和所述波長(zhǎng)監(jiān)視器的溫度，以改變所述色散補(bǔ)償器和所述波長(zhǎng)監(jiān)視器的基準(zhǔn)波長(zhǎng)，以與所接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)匹配。
8.如權(quán)利要求7所述的WT-DC，其中，所述色散補(bǔ)償器和波長(zhǎng)監(jiān)視器分別包括單獨(dú)的半波片，或者共用公共的半波片，以實(shí)現(xiàn)偏振無(wú)關(guān)性。
9.如權(quán)利要求7所述的WT-DC，其中，所述色散補(bǔ)償器的自由光譜自由光譜范圍FSR等于所述監(jiān)視器的FSR的N或者1/N倍，其中N為正整數(shù)。
10.如權(quán)利要求7所述的WT-DC，還包括溫度傳感器，用于確定基片的溫度，其中，當(dāng)WT-DC處于待機(jī)模式或者當(dāng)沒(méi)有接收到輸入信號(hào)時(shí)，所述差分檢測(cè)器控制電路使用來(lái)自該溫度傳感器的信號(hào)來(lái)確定溫度控制器的溫度。
11.如權(quán)利要求7所述的WT-DC，其中，所述檢測(cè)器控制電路使用接收到的正比于輸入信號(hào)功率的功率水平信號(hào)，并使用所檢測(cè)到的輸出光信號(hào)來(lái)生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)指示接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)何時(shí)與基準(zhǔn)波長(zhǎng)輸入信號(hào)失配。
12.如權(quán)利要求7所述的WT-DC，其中，所述輸入信號(hào)被用預(yù)定調(diào)制進(jìn)行了波長(zhǎng)調(diào)制，所述檢測(cè)器控制電路檢測(cè)該調(diào)制，并使用它來(lái)生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)指示接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)何時(shí)與基準(zhǔn)波長(zhǎng)輸入信號(hào)失配。
全文摘要
本發(fā)明涉及波長(zhǎng)跟蹤色散補(bǔ)償器，跟蹤接收到的輸入信號(hào)的波長(zhǎng)，包括輸入信號(hào)光學(xué)監(jiān)視器、差分檢測(cè)器控制電路、溫度控制器及輸入信號(hào)色散補(bǔ)償器。該監(jiān)視器包括馬赫－岑德?tīng)柛缮鎯x，其自由光譜自由光譜范圍與色散補(bǔ)償器自由光譜自由光譜范圍或其整數(shù)分之一或整數(shù)倍匹配。監(jiān)視器的兩個(gè)輸出被耦合到差分檢測(cè)器控制電路的兩個(gè)光電檢測(cè)器，差分檢測(cè)器控制電路使用其間的電流差來(lái)控制溫度控制器設(shè)置監(jiān)視器和色散補(bǔ)償器的溫度。這樣就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)波長(zhǎng)。所述監(jiān)視器和色散補(bǔ)償器最好被集成在同一平面光波通路芯片上，包括半波片。因?yàn)楸O(jiān)視器被集成在與色散補(bǔ)償器相同的芯片上，成本增加得以最小化，用溫度保證監(jiān)視器的波長(zhǎng)和色散補(bǔ)償器的跟蹤波長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H04B10/18GK1738222SQ200510092659
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月19日
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