專利名稱：光學濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光信號的濾波。更具體地說，涉及為取得較高的頻譜效率在長距離通 信系統(tǒng)中的光信號的濾波。
背景技術：
波分復用(WDM)信號通用于光傳輸系統(tǒng)中。WDM信號將不同頻率的多個源信號(信 道)結合起來，以使可以通過給定光纖被同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量最大。然而，由于任何數(shù)據(jù)信號 都將具有有限的帶寬，因此在給定頻率范圍內可以被滿意地傳輸?shù)男诺罃?shù)量是有限的，當 相鄰信道的頻譜開始重疊時就會出現(xiàn)這種信道數(shù)量的限制。頻譜重疊會因為相鄰信號之間 的串擾而導致傳輸性能降低。而且，信號的寬度越大，傳輸過程中偏振模式色散和顏色色散 的失真效果越大。另外，信號越寬，要求接收機端從WDM信號中恢復數(shù)據(jù)信號的濾波器越 寬，這會引起接收機的光信噪比(OSNR)的性能降低的效果。一種已知的方法用于解決與數(shù)據(jù)信道的寬度相關的問題，例如相鄰信道之間的串 擾，它是通過使用殘留邊帶(VSB)濾波技術解決這些問題。殘留邊帶濾波技術依據(jù)這樣一 個事實理論上，常規(guī)雙邊帶(DSB)數(shù)據(jù)信號波長將關于中心點對稱(位于這一點的每一側 的區(qū)域稱為“邊帶”)。正因為這樣，消除邊帶中的一個或另一個不會造成信息丟失(因為 每個邊帶實質上是另一個邊帶的復制)，但會減少傳輸信號占用的頻譜寬度。而且，可以避 免由于部分破壞邊帶對稱性的傳輸效果而造成的不利后果。這種破壞對稱性的效果會隨著 的比特率增加(因此信號的帶寬會增加)而逐漸地惡化。圖1示出VSB濾波如何在給定的頻譜范圍內增加可能的信道的數(shù)量。圖IA示出 對于在WDM信號中多個未濾波的信道的頻譜100，而VSB濾波被應用到圖IB中的信道，并且 因此，使有限的帶寬內得到更多數(shù)量的信道成為可能。常規(guī)地，通過使用簡單的邊緣濾波器(例如光纖布拉格光柵(FGB))以反射或優(yōu)選 地透射的方式實現(xiàn)了 VSB濾波。例如，美國專利6，766，116公開了這樣一種結構。然而，這 種類型的多通濾波器本身會在濾波器邊緣的周圍引起色散的不利后果。結果，具有在濾波 器邊緣處的波長的信號的質量變差。顯然，在VSB濾波中這個問題尤其突出，這是因為濾波 器邊緣大致位于信道的頻譜中心。結果，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)因為濾波器的色散引起信道劣化，這種 劣化會抵消甚至超過在理論上可以從VSB濾波獲得的優(yōu)點。常規(guī)VSB濾波技術的另一個缺點在于，一旦濾波器制造出來后，通常很難控制光 學濾波器作用的波長。正因為如此，使用VSB濾波的WDM系統(tǒng)通常靈活性差，不能適應需要 改變信道頻率時的新環(huán)境(例如，信道數(shù)量的變化會導致系統(tǒng)的重新調整，以最好地使用 可用帶寬)。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種光學濾波器，該光學濾波器包括用于在輸 入處接收具有有限帶寬的偏振源信號的差分群延遲元件，DGD元件能夠使信號的偏振作為波長的函數(shù)在該信號的帶寬上變化；以及偏振濾波器，所述偏振濾波器耦合到DGD元件的輸出，所述偏振濾波器能夠根據(jù)波長來衰減信號。本發(fā)明將初始偏振源信號分散到偏振范圍內，由此創(chuàng)建其偏振態(tài)是波長的函數(shù)的信號。然后，提供了一種偏振濾波器(通常稱為偏振器)來根據(jù)波長對信號濾波。本發(fā)明允許從信號中準確地過濾波長，而不會出現(xiàn)常規(guī)波長濾波器中的有害色散效果。有利的是，偏振濾波器的輸出是線性偏振的，允許常規(guī)的偏振保持部件和方法能夠應 用于濾波后的信號。初始偏振源信號優(yōu)選地是線性偏振的?？晒┻x擇地，它可以是圓偏振或橢圓偏振的。在優(yōu)選的實施例中，配置本發(fā)明，使得等功率的初始偏振信號穿過DGD元件的兩個模式 (即，沿著快軸和慢軸)。然而，可供選擇地，依據(jù)觀察到的離開裝置的信號的信號質量來調 節(jié)兩個模式之間的功率分布。本發(fā)明解決了與常規(guī)波長濾波器(如光纖布拉格光柵)相關的問題，例如濾波器邊緣的色散問題。本發(fā)明不依賴于多通光柵、鏡或其他遞歸技術。而是使用一些在本領域 中已知的偏振材料來對信號濾波。有利的是，離開本發(fā)明中濾波器的信號是線性偏振的。正因為如此，很大范圍的依賴于初始偏振信號的調整的已知技術可以被應用于該輸出。這些技術包括偏振復用以及另 外的調制級。在優(yōu)選的實施例中，偏振濾波器適于基本上消除信號的邊帶。消除邊帶在波分復 用(WDM)光通信系統(tǒng)中有特殊的用途。邊帶的消除并沒有刪除信號內的信息，這是因為整 個WDM信號中每個單獨的信號(或信道)從理論上來說是對稱的，但它確實可以在一個給 定的頻率空間內承載更大量的信號(信道)。這種類型的濾波稱為殘留邊帶(VSB)濾波。如上所述，本發(fā)明在WDM系統(tǒng)中有特殊的用途。這種系統(tǒng)通常利用數(shù)據(jù)信號調制 連續(xù)波(CW)偏振激光源。在本領域中已知很多不同的DSB數(shù)據(jù)格式，這些數(shù)據(jù)格式也可以 用于本發(fā)明的上下文中。這些數(shù)據(jù)格式包括(但不限于)歸零(RZ)、非歸零(NRZ)、差分相 移鍵控(DPSK)、差分正交相移鍵控(DQPSK)以及雙二進制格式。優(yōu)選的實施例進一步包括第一可變波片，這個波片被布置在D⑶元件的輸出與偏 振濾波器之間，第一可變波片能夠可控制地改變從其穿過的光的絕對偏振態(tài)。這樣就可以 有效地使信號中給定波長的偏振態(tài)與偏振濾波器的光軸之間的角度可控制地變化，從而可 以根據(jù)需要在頻率空間內調整偏振濾波器的響應曲線的位置(偏振濾波器的輸出頻譜將 與輸入頻譜和響應曲線的乘積成正比)。可供選擇地或者另外地，可以通過控制DGD元件的 溫度來獲得同樣的效果，假設兩個主偏振軸之間具有合適的溫度系數(shù)差。另外，本領域的技 術人員將會認識到，可以使用其他的技術改變由DGD施加的差分延遲例如，可以將應力施 加于DGD元件以調節(jié)元件的響應。在優(yōu)選的實施例中，DGD元件具有與偏振源信號的偏振態(tài)成45度的光軸，從而通 過DGD元件將功率等分給兩個主偏振態(tài)。這個偏振角度為偏振濾波器的響應曲線提供了最 大的深度和幅度。可供選擇地，可以根據(jù)濾波的要求選擇光軸和線性偏振源信號的偏振態(tài) 之間的其他角度。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，將第二可變波片耦合到D⑶元件的輸入，第二可 變波片適于調節(jié)線性偏振源信號的偏振態(tài)和D⑶元件的光軸之間的相對角度。采用這種方式，當使用濾波器時，可以優(yōu)化濾波器響應曲線的深度。這提供了大量優(yōu)點。例如，它允許接收到的信號質量的實際即時測量用以優(yōu)化第二可變波片。優(yōu)選地，D⑶元件是可變D⑶元件。這允許使濾波器響應曲線的周期或分布變化。 正因為這樣，可以根據(jù)需求使濾波器的截止更陡或更淺，例如用于調整系統(tǒng)的具體比特率 或信道間隔。在優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明的一個或多個變量由反饋回路控制，這些變量包括偏 振源信號的偏振態(tài)和DGD元件光軸之間的角度；由DGD元件施加的DGD的量；以及信號中給 定頻率的偏振態(tài)和偏振濾波器光軸之間的角度。在一個具體的優(yōu)選實施例中，根據(jù)偏振濾 波器輸出的光功率來控制第一可變波片。優(yōu)選地，控制波片，使得偏振濾波器的光輸出功率 與光輸入功率之間的比率為1 2?？晒┻x擇地或者另外地，也可以根據(jù)在接收器處測量的 由光學濾波器產(chǎn)生的信號質量的指示來控制波片。信號質量的指示優(yōu)選地為誤碼率(BER)， 但可以可供選擇地為信號質量的其他的度量，包括Q值和光信噪比(OSNR)。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種光學裝置，該光學裝置包括多個根據(jù)本發(fā) 明第一方面的光學濾波器，所述光學濾波器串聯(lián)連接。本發(fā)明的第二個方面提供了一種裝 置，這種裝置能夠將每個單獨光學濾波器的濾波器響應曲線組合起來，以產(chǎn)生整個裝置的 任何任意的響應曲線。這樣，濾波器可以產(chǎn)生復合的響應曲線。 根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了 一種用于對具有有限帶寬的偏振光源信號進行 濾波的方法，該方法包括使源信號穿過D⑶元件，由此使信號的偏振作為波長的函數(shù)在帶 寬上變化；以及使光源信號穿過偏振濾波器，該偏振濾波器能夠根據(jù)波長來衰減信號。


下面將參照附圖對本發(fā)明的示例進行詳細的說明，其中圖IA示出波分復用(WDM)信號內未濾波的信道所占用的頻率空間；圖IB示出WDM信號中殘留邊帶(VSB)濾波的信道占用的頻率空間；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包含有光學濾波器的光信道源的示意圖；圖3A示出DGD元件在包括具有兩種不同頻率的分量的初始偏振的信號的偏振態(tài) 下的效果；圖3B示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光學濾波器的響應曲線和這種濾波器在光 信道的頻譜上的效果；圖4是根據(jù)本發(fā)明的包含有可變波片的光學濾波器的示意圖；圖5A示出由偏振濾波器和波長濾波器引起的光信道的頻譜的衰減；圖5B示出穿過偏振濾波器和波長濾波器之后的光信道的頻譜；圖5C示出穿過波長濾波器之前的圖5B中的光信道的頻譜；圖6是包含有額外的波長濾波器的本發(fā)明實施例的示意圖；圖7A示出包含有反饋控制回路的本發(fā)明的實施例；圖7B示出包含有反饋回路的本發(fā)明的另一個實施例；圖8以對數(shù)形式線性地示出通過實驗觀察到的根據(jù)本發(fā)明的光學濾波器的濾波 器響應曲線；圖9A示出通過實驗觀察到的根據(jù)本發(fā)明實施例的光學濾波器在一個光信道的線性頻譜上的效果；圖9B示出通過實驗觀察到的根據(jù)本發(fā)明實施例的光學濾波器在光信道的對數(shù)頻 譜上的效果；圖10比較未濾波的信道、根據(jù)本發(fā)明的VSB濾波的信道和根據(jù)現(xiàn)有技術的VSB濾 波的信道的光信噪比(OSNR)對比誤碼率(BER)性能。圖11示出對于色散值的一個范圍、為實現(xiàn)VSB濾波的信道和未濾波的信道的給定 BER而需要的0SNR。圖12示出跟據(jù)本發(fā)明和一個方面被串級的光學濾波器陣列。
具體實施例方式圖2示出使用本發(fā)明的VSB濾波的簡單示例。連續(xù)波(CW)激光源202提供了初 始被線性偏振的光信號。光信號接著被馬赫-澤德(Mach-Zender) (MZ)干涉儀206調制， 從而創(chuàng)建光數(shù)據(jù)信道，馬赫_澤德(MZ)干涉儀206由穿過驅動放大器204的歸零(RZ)電 子數(shù)據(jù)源驅動。盡管圖2示出產(chǎn)生數(shù)據(jù)信道的優(yōu)選方法，但很多產(chǎn)生光數(shù)據(jù)信道(RZ或其 他)的可供選擇的方法在本領域也是已知的并且也可以應用于本發(fā)明的上下文中。數(shù)據(jù)信道接著穿過差分群延遲(DOT)元件208，這個元件的光軸與數(shù)據(jù)信道的偏 振態(tài)成45度。這個45度的連接可以通過一個外部旋轉接頭212或者優(yōu)選地由DGD元件的 輸入處適當?shù)奈怖w對準(pigtailalignment)來實現(xiàn)。D⑶元件208隨著頻率線性地使數(shù)據(jù) 信道的偏振態(tài)變化。引入信道的DGD越大，在信道帶寬上的偏振的分散就越廣。接著，數(shù)據(jù)信道穿過偏振濾波器(偏振器)210。因為在數(shù)據(jù)信道頻譜上的偏振隨 著波長而變化，所以偏振濾波器210有效地用于從信號中過濾信道內的某些波長。通過審 慎地對準偏振濾波器210的光軸，這種效果可以用來創(chuàng)建VSB濾波的信號。圖3A示出在龐加萊球上、DGD元件對初始偏振信號的效果?？紤]了初始信號中的 兩個頻率fl和f2。這兩個頻率的信號將具有相同的初始偏振態(tài)30。在本示例中，DGD元 件的偏振與初始偏振態(tài)30成45度。一旦信號穿過了 DGD元件，頻率Π和f2就具有分離 的第一和第二最終偏振態(tài)31和32。盡管圖3A所示的初始信號是線性偏振的，本領于技術人員也會認識到初始信號 可以可供選擇地是橢圓偏振或線性偏振的。只要初始信號的功率在一定程度上被分開到 D⑶元件的快模式和慢模式之間，離開D⑶元件的信號的偏振將被分散。當功率均等地在這 兩個模式之間分開時，獲得最大的消光比(和DGD元件的光軸與初始線性偏振信號的偏振 態(tài)成45度時的情況一樣)，并且，在這種情況(以及下面描述的情況)下，DGD元件的偏振 軸的角度變化可用于調節(jié)所得信號的消光比(或“深度”)。圖3B示出本發(fā)明的偏振濾波器210隨著波長的示例性響應曲線303，及濾波器在 任意信道上的效果(同時示出未濾波的302和已濾波的301)。正如可以看到的一樣，偏振 濾波器展示了升余弦響應曲線303。這條曲線303的深度為DGD元件208的光軸和初始的 線性偏振的信道的偏振態(tài)之間的角度的函數(shù)。最大深度在圖2中所示的實施例中采用45 度角時獲得。曲線303的“周期”(在波長空間中它的波長或重復帶寬)是由DGD元件208 施加的DGD的量的函數(shù)(相應地，它通常是DGD元件208的長度的函數(shù))。較大的DGD會增 加在給定波長范圍內偏振的分散，從而減少濾波器響應曲線303的峰值之間的距離。最后，可以通過改變偏振濾波器的光軸與進入偏振濾波器的信號的偏振態(tài)之間的相對角度(可 以通過修整波片的延遲有效地實現(xiàn))來改變頻率空間中濾波器響應曲線303的絕對位置。波片是可以用于改變光信號的絕對偏振態(tài)的器件。正如圖4所示，波片214可以 被放置在DGD元件208的前面以使濾波器響應的深度變化，而第二波片212可以被放置在 偏振濾波器前面，以使濾波器響應的位置變化。正如前面提到的，改變DGD的量可以改變?yōu)V 波器響應的周期(本領域技術人員將會認識到DGD值的任何有限的變化都會影響濾波器響 應的位置)。采用這種方式，可以實現(xiàn)一種能夠對升余弦曲線的所有變量進行優(yōu)化的裝置?？梢杂闷渌募夹g改變信號的偏振態(tài)。在一個示例中，DGD元件的絕對折射率取 決于溫度。正因為如此，改變DGD元件的溫度可以有效地用于改變?yōu)V波器響應的位置。這 種溫度控制可以用于替代或附加于上述的第二波片212。在VSB濾波應用中，消除信道的一個邊帶(也就是說，濾除中心波長之上或之下的 整個信號而不影響另一個邊帶)在理論上是理想的。然而，沒有濾波器在給定的頻率處具 有精確的截止點(響應曲線上的一個間斷)，所以這在實踐中從來沒有實現(xiàn)過。然而，希望 響應曲線在實踐中在中心波長處能盡可能地陡。假設偏振濾波器的響應曲線是升余弦，這 就意味著要增加深度并減小周期。然而，如果過分地減小響應曲線的周期，則邊帶中的遠邊不能被濾波器抑制。在一 些實施例中，因此優(yōu)選地考慮引入附加的光學濾波器來消除該殘余部分。圖5A所示就是這 種情況，其示出了光信號的頻譜504、由偏振濾波器引起的衰減502、由附加的光學濾波器 引起的衰減506以及區(qū)域508，在該區(qū)域508中，附加的光學濾波器引起色散效果。圖5C示 出偏振濾波器單獨作用在光信道的頻譜上的效果(明顯地示出了邊帶的殘余部分510)，而 圖5B示出信道穿過附加的光學濾波器后同樣的頻譜。圖6示出包含到本發(fā)明實施例中的 附加的濾波器216，用于從平面偏振的發(fā)射器220接收信道。這個附加的濾波器216可以是 常規(guī)的波長濾波器，例如光纖布拉格光柵(如圖6所示)。這種濾波器的色散效果只在截止 頻率周圍明顯，該截止頻率標記出可以通過濾波器的頻率和不能通過濾波器的頻率之間的 過渡。由于殘余部分離中心的載波信號遠，所以可以使用常規(guī)的濾波器，而不會引起現(xiàn)有技 術的系統(tǒng)中存在的VSB濾波的信道中的色散效果。通常，附加的(常規(guī))濾波器具有與信 道復用濾波器類似的特征響應，信道復用濾波器普遍用在發(fā)射器中以復用大量波長而具有 最小插入損耗，因此不需要高于常規(guī)配置的附加的濾波器或者成本。通常的示例是多層的 電介質濾波器和交錯濾波器。構想本發(fā)明中濾波過程的參數(shù)(例如濾波器響應的深度、周期和位置)可以被一 個或多個反饋回路控制。這些反饋回路可以測量本發(fā)明產(chǎn)生的信道的屬性，并用于優(yōu)化這 些屬性?？梢栽趥鬏斁€路的任意一點(包括發(fā)射器和接收器)觀察到這些屬性。適當?shù)膶?性可以衡量信號的質量，并且可以包括離開偏振濾波器的信號的功率；在發(fā)射器或接收 器處測量到的誤碼率(BER)；或其他的參數(shù)，例如Q或信噪比(SNR)。這些屬性的測量可用 于控制DGD元件208的光軸與初始信號偏振態(tài)之間的相對角度、偏振濾波器的光軸相對于 進入該濾波器的信號的角度、和施加于信號的DGD的量中的一個或多個。圖7A示出采用構想的反饋機制的本發(fā)明的優(yōu)選實施例。CW源202被MZ調制器 206調制，MZ調制器206由穿過驅動放大器204的RZ源驅動，從而形成了偏振的數(shù)據(jù)信道。 可以可供選擇地使用本領域已知的其他技術來創(chuàng)建偏振的數(shù)據(jù)信道。數(shù)據(jù)信道隨后穿過D⑶元件208，其目的是為了分散數(shù)據(jù)信道的偏振。數(shù)據(jù)信道接著穿過可變波片212和偏振 濾波器210，從而創(chuàng)建了濾波的信道。可以控制波片212，以調整數(shù)據(jù)信道的偏振態(tài)和偏振 濾波器210的光軸之間的角度，并且(如上所述)這樣就可以使濾波器響應曲線的位置在 頻率空間中移動。為了最優(yōu)化濾波器響應的位置，光傳感器216、218被提供用來測量進入D⑶元件的光功率(Pin)和離開偏振濾波器的光功率(p。ut)。另外，在傳輸線路遠端的接收器處測量 BER 230?？刂苹芈?40首先改變波片212，將比率Pin P。ut調節(jié)到一個期望的值(例如， 在意圖消除一半初始信號的系統(tǒng)中，會認為2 1的比率是理想的)?？刂苹芈?40接著 調節(jié)波片212，以最小化在遠端接收器處測量到的BER 230。這種技術的優(yōu)點在于在相對 短的時間段內逼近理想值(通過獲得期望的Pin P。ut比率)，隨后通過接收器端處的BER 測量達到理想情況。盡管波片212可以(例如)僅僅基于BER(忽略Pin P。ut比率)受控 制，這樣也會導致響應時間長，這是因為按合理統(tǒng)計精度的BER測量會花一段時間，特別是 BER低時。在實踐中，WDM系統(tǒng)要求每個信道都有恒定的輸出功率。因為濾波器響應的變 化(通過波長的控制)會改變輸出功率，所以圖7A中的裝置另外包括可變光學衰減器 (VOA) 250，它也是由控制回路240控制的。VOA 250用于保證總輸出功率保持在目標值(不 管Pin P。ut的比率是多少)。圖7B示出本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例。代替使用圖7A中的可變波片212來控制 數(shù)據(jù)信道的偏振態(tài)和偏振濾波器210的光軸之間的角度，圖7B中的實施例的控制回路240 調節(jié)D⑶元件208的溫度來達到這個目的。各種器件和結構可以用于實現(xiàn)本發(fā)明的特征。例如，D⑶元件208可以簡單地是 一段保偏(PM)光纖。這種光纖在不同的方向上有不同的折射率，結果在一個方向偏振的光 相對于另一個方向上偏振的光來說被延遲，從而引入了 D⑶?？晒┻x擇地，已經(jīng)開發(fā)出特定 的組件將D⑶引入光信號。這些組件的示例包括由美國通用光電(GeneralPhotonics)制 造的 PolaDelay 器件(www. generalphotonics. com/FixDGD. htm)。這種類型的組件通常賦 予PM光纖出眾的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，而且與初始光信號的偏振對準也相對容易?？烧{D⑶元件也是可變的，它使得濾波器響應曲線的周期能夠發(fā)生變化。這種組 件中的示 列是美國通用光電帝[J造的 DynaDelay (www. generalphotonics. com/DynaDelay.
htm) ο種類繁多的偏振濾波器(偏振器)都是可用的，這個功能的實現(xiàn)可以由于不同的 設計而發(fā)生變化。如上所述，為了控制濾波器響應曲線在頻率空間中的位置，引入一個器件 (例如，波片)以調節(jié)離開D⑶元件208的信道的偏振是有利的。Phoenix Photonics公司 制造的集成組件在單個器件中提供可變波片和偏振濾波器?？梢酝ㄟ^對波片施加加熱電流 來調節(jié)偏振濾波器的相對角度。圖8示出通過實驗測量的本發(fā)明的上下文中的偏振濾波器的響應曲線。偏振噪聲 源被施加于20ps的DGD元件，并且所得的信號穿過偏振濾波器。濾波器特征(或響應曲 線)被以對數(shù)804和絕對802標度表示。測量的消光比為26dB，而發(fā)現(xiàn)鄰接的極小值之間 的距離(或自由頻譜范圍(FSR))是52GHz。這對1/D⑶或50GHz的FSR來說，與理論預測 的值接近一致。
圖9以絕對(圖9A)和對數(shù)(圖9B)標度示出觀察到的偏振濾波器對信號頻譜的 作用效果。曲線902表示未濾波的信號(沒有偏振濾波器)，而曲線904和906所示為偏振 濾波器在不同的角度對偏振輸入信號的作用效果(注意濾波器響應曲線的位置依賴于偏 振濾波器光軸的角度)。圖9清晰地示出偏振濾波器能夠消除輸入信號的邊帶。圖10示出以下三種類型的數(shù)據(jù)信道的光信噪比(OSNR)對比誤碼率(BER)未濾波的1006 ；根據(jù)本發(fā)明被VSB濾波的1004 ；和使用常規(guī)的現(xiàn)有技術的波長濾波技術而被 VSB濾波的1002。如圖所示，現(xiàn)有技術的VSB技術為獲得與未濾波信號相同的BER，要求有 非常高的0SNR。這是因為前面提到的多通濾波器的色散效果。相反，根據(jù)本發(fā)明的VSB濾 波性能上的不利后果可以忽略不計。除了允許在給定頻譜帶寬中承載較大量的WDM信道而不發(fā)生與串擾相關的不利 后果及其他不良后果外，根據(jù)本發(fā)明的VSB濾波還減少從發(fā)射器到接收器的信道傳輸過程 中光色散的效應。另外，本發(fā)明能夠使用電子色散補償來減輕剩余的色散效果。由于VSB濾波的信號的帶寬較窄并且存在(主要)僅保留一個邊帶和中心載波頻 率的事實，因此本發(fā)明存在傳輸色散優(yōu)勢。邊帶的任何具體分量通常都會根據(jù)該分量和載 波之間頻率的差而從載波頻率提前或被延遲。由接收器接收VSB濾波的信號而創(chuàng)建的電信 號會包含這種色散失真，并且可以通過應用在電學領域內的相反的色散特征來校正該電信 號。當兩個邊帶都存在時不能用這種方法校正色散，這是因為常規(guī)的接收器技術使上邊帶 和下邊帶在電信號中疊加。因為這兩個邊帶受色散的影響不同，所以就不能應用相反的色 散特性來反轉信號中的色散效果。本領域的技術人員將會認識到，電學領域內的很多技術可以被應用來校正信號中 的色散。例如，可以制作電傳輸線來提供相對于電頻率的特定反向延遲。在優(yōu)選的實施例中，在所接收信號中的電色散補償通過使用橫向濾波器(特別是 在數(shù)字信號處理(DSP)領域，可供選擇地被已知為有限脈沖響應(FIR)濾波器)來獲得。實 質上，這種類型的濾波器將初始信號中的延遲部分加回到初始信號上，以創(chuàng)建任意的濾波 器響應。在一個示例中，初始的電信號穿過一系列離散的延遲元件。每次延時后，信號中的 一部分被抽取(或“提取”)出來并穿過可調的增益級。一旦信號的每個抽取的部分被適當 地放大后，它們再被求和元件重新組合在一起，該求和元件獲取所得的信號并將它們加在 一起。通過適當?shù)卣{節(jié)系統(tǒng)的變量(例如延遲、每次延遲后被抽取的信號中的一部分，被應 用到每一抽取的信號的增益量)，這個技術可以產(chǎn)生任意的濾波器響應。橫向濾波器在學術 上已經(jīng)有研究了。這些研究的相關細節(jié)可以在例如，(http://WWW. eecg. utoronto. ca/ sorinv/papers/altan_csics_04. pdf)上找至Ij0盡管上面的描述主要與VSB濾波相關，但本發(fā)明可以用于對信號濾波以用于其他 目的。這可以根據(jù)需要通過改變?yōu)V波器響應曲線的深度、周期和位置來實現(xiàn)。本發(fā)明提供的濾波器具有周期性的響應特性。正因為如此，單個的濾波器可以用 于為WDM信號中多路數(shù)據(jù)信道提供VSB濾波。在這種情況下，濾波器將整體地應用于WDM 信號，而不是應用于單個數(shù)據(jù)信道(在它們被復用之前)。另外，構想可以在這種設置中用 反饋回路控制數(shù)據(jù)信道源的波長及其他特性，而不是控制濾波器本身的特性。圖11示出為了獲得VSB濾波的信號1104和未濾波的信號1102對于給定色散的 le-9的BER而需要的0SNR。它清楚地示出對信號進行VSB濾波降低了克服嚴重的色散所需的OSNR。 另外，也構想DGD元件208和偏振濾波器的串接的陣列可以用于根據(jù)需要產(chǎn)生復 雜的濾波器響應曲線。圖12示出這種陣列的示例，每個DGD元件208和每個偏振濾波器 210前面具有波片212、214，其目的是調節(jié)相對偏振角度，從而調節(jié)每個單獨的濾波器210 的響應曲線的深度和位置。每個DGD元件208具有不同的值(導致每條響應曲線具有不同 周期)，因此將串接的陣列中的全部濾波器響應組合起來用作具有不同波長的多個正弦波 的傅立葉組合。在所示的具體示例中，D⑶元件208的值分別為10ps、20ps、40ps和80ps。因此，圖12所示的陣列能夠改變具有不同周期的多個單獨的濾波器的深度和位 置。結果，可以合成來自組合陣列的任意的濾波器響應。按這種方式，可以產(chǎn)生具有任意所 需屬性的濾波器。另外，如在本發(fā)明的其他實施例中的，濾波器向系統(tǒng)中引入的色散后果可 以忽略不計(與常規(guī)的波長濾波器不同)。盡管以上的描述參照了 RZ數(shù)據(jù)信道，根據(jù)本發(fā)明可以使用任意已知的調制格式。 具體來講，本發(fā)明被發(fā)現(xiàn)對RZ-差分相移鍵控(RZ-DPSK)格式是有效的。它也可以被用于 線性調頻脈沖RZ (CRZ)和RZ-差分正交相移鍵控(RZ-DQPSK)的應用中。本發(fā)明有效的 其他格式包括非歸零(NRZ)，雙二進制或M進制(例如相位和幅度被調制的十六進制正交幅 度調制(16-QAM))格式。
權利要求
一種光學濾波器，包括差分群延遲元件，所述差分群延遲元件在輸入處接收具有有限帶寬的偏振源信號，DGD元件能夠使所述信號的偏振作為波長的函數(shù)在所述信號的帶寬上變化；以及偏振濾波器，所述偏振濾波器耦合到所述DGD元件的輸出，所述偏振濾波器能夠根據(jù)波長來衰減所述信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學濾波器，其中，所述偏振濾波器被設置成基本上消除所 述信號的一個邊帶。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的光學濾波器，其中，所述偏振源信號是線性偏振的。
4.根據(jù)之前任一權利要求所述的光學濾波器，其中，所述DGD元件具有與所述偏振源 信號的偏振態(tài)成45度的光軸。
5.根據(jù)之前任一權利要求所述的光學濾波器，進一步包括第一可變波片，所述第一可 變波片被布置在所述DGD元件的輸出與所述偏振濾波器之間，所述第一可變波片能夠可控 制地改變穿過該第一可變波片的光的絕對偏振態(tài)。
6.根據(jù)之前任一權利要求所述的光學濾波器，其中，所述DGD元件對于溫度是敏感的， 使得所述DGD元件的溫度改變對于調節(jié)穿過該DGD元件的光的絕對偏振態(tài)是效的。
7.根據(jù)之前任一權利要求所述的光學濾波器，進一步包括第二可變波片，所述第二可 變波片耦合到所述DGD元件的輸入，所述第二可變波片適于調節(jié)線性偏振源信號的偏振態(tài) 與所述DGD元件的光軸之間的相對角度。
8.根據(jù)之前任一權利要求所述的光學濾波器，其中，所述DGD元件是可變DGD元件。
9.根據(jù)之前任一權利要求所述的光學濾波器，其中，通過反饋回路控制一個或多個變 量，所述變量包括下述之一或多個所述偏振源信號的偏振態(tài)與所述DGD元件的光軸之間的角度；由所述DGD元件施加的DGD的量；以及所述信號中的給定頻率的偏振態(tài)與所述偏振濾波器的光軸之間的角度。
10.根據(jù)權利要求9所述的光學濾波器，其中，所述反饋回路響應于下述之一或兩者而 起作用在所述偏振濾波器的輸出處測量的光輸出功率；以及在接收器處測量的由所述光學濾波器產(chǎn)生的信號質量的指示。
11.根據(jù)權利要求10所述的光學濾波器，其中，所述信號質量的指示是誤碼率(BER)。
12.一種光學裝置，所述光學裝置包括串聯(lián)連接的多個根據(jù)之前任一權利要求所述的 光學濾波器。
13.一種用于對具有有限帶寬的偏振光源信號進行濾波的方法，所述方法包括使所述源信號穿過DGD元件，由此使所述信號的偏振作為波長的函數(shù)在所述帶寬上變 化；以及使所述光信號穿過偏振濾波器，所述偏振濾波器能夠根據(jù)波長來衰減所述信號。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，所述偏振濾波器被設置成基本上消除所述信 號的一個邊帶。
15.根據(jù)權利要求13或14所述的方法，其中，所述偏振光源信號是線性偏振的。
16.根據(jù)權利要求13至15中的任一項所述的方法，其中，所述DGD元件具有與所述偏振源信號的偏振態(tài)成45度的光軸。
17.根據(jù)權利要求13至16中的任一項所述的方法，進一步包括下述步驟在使所述 信號穿過所述DGD元件之后并且在使所述信號穿過所述偏振濾波器之前，使所述信號穿過 第一可變波片，所述第一可變波片能夠可控制地改變穿過該第一可變波片的光的絕對偏振 態(tài)。
18.根據(jù)權利要求13至17中的任一項所述的方法，進一步包括下述步驟控制所述 DGD元件的溫度，其中，所述DGD元件的溫度改變能夠調節(jié)穿過該DGD元件的光的絕對偏振態(tài)。
19.根據(jù)權利要求13至18中的任一項所述的方法，進一步包括下述步驟在使所述光 源信號穿過所述D⑶元件之前使所述光源信號穿過第二可變波片，所述第二可變波片適于 調節(jié)線性偏振源信號的偏振態(tài)與所述DGD元件的光軸之間的相對角度。
20.根據(jù)權利要求13至19中的任一項所述的方法，其中，所述DGD元件是可變DGD元件。
21.根據(jù)權利要求13至20中的任一項所述的方法，進一步包括通過反饋回路控制一個 或多個變量，所述變量包括下述之一或多個所述偏振源信號的偏振態(tài)與所述DGD元件的光軸之間的角度； 由所述DGD元件施加的DGD的量；以及所述信號中的給定頻率的偏振態(tài)與所述偏振濾波器的光軸之間的角度。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中，所述反饋回路響應于下述之一或兩者而起作用在所述偏振濾波器的輸出處測量的光輸出功率；以及 在接收器處測量的由所述光學濾波器產(chǎn)生的信號質量的指示。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中，所述信號質量的指示是誤碼率(BER)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學濾波器。提供了根據(jù)波長對光信號濾波的裝置與方法。初始偏振信號穿過DGD元件，該DGD元件能夠根據(jù)波長改變信號的分量的偏振態(tài)。接著提供偏振濾波器(偏振器)來衰減信號中具有給定偏振態(tài)的光，從而衰減與所述偏振態(tài)相關聯(lián)的波長。本發(fā)明在殘留邊帶濾波領域特別有用，使波分復用系統(tǒng)中的信號的帶寬能夠減少而不會引入與常規(guī)波長濾波器相關聯(lián)的有害效果。
文檔編號H04B10/155GK101802684SQ200880107647
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權日2007年7月27日
發(fā)明者斯蒂芬·戴斯布魯斯萊斯, 斯蒂芬·邁克爾·韋布, 理查德·奧伯蘭, 約翰·埃利森 申請人:埃克斯特拉通信有限公司