专利名称：用于偏振测量的方法和设备的制作方法
本申请要求对于标题为“用于偏振测量的方法和设备”、提出于2000年8月25日的美国临时申请60/228,265的优先权，该临时申请通过参考作为整体包括在这里。
本申请涉及标题为“包括在线长波灵敏偏振计的系统”、提出于2000年8月30日的美国临时申请60/229,129的优先权，该临时申请通过参考作为整体包括在这里。
本发明涉及一种用于偏振测量的方法和设备，更具体地说，涉及在波长分隔多路复用系统中用于光学信号的频率分解偏振测量的一种方法和设备。
对于纤维网络中传输能力提高和对于用于高位速率系统的每位低成本的需要，要求单通道位速率的连续改进。在每通道40Gb/秒的位速率下的电气时分复用(ETDM)系统可在市场上买到，并且已经证明提供每通道160Gb/s位速率的光学时分复用(OTDM)系统。
除象色散或非线性脉冲传播之类的其他传输损害之外，在这些超高时分多路复用(TDM)系统能在显著多根安装的纤维上实施之前，偏振模式分散(PMD)仍然是要克服的一个障碍。几种不同的PMD补偿和减轻技术已经提出，并且部分被证明。他们一般能根据基于系统的电气或光学领域来分类。电气减轻技术在成本和尺寸方面具有优点。然而，来自电气技术的性能改进一般没有借助于光学补偿技术可实现的大。
例如，光学技术能设计成位速率和独立格式。可以使用光学信号的偏振分量测量，以便使用光学技术实施PMD补偿。
除PMD补偿之外，简单极化监视也是在采用偏振多路复用的未来网络中的一个重要特征。而且，对于对偏振灵敏接收器的的信号偏振适用也需要偏振测量。
本发明一般涉及用于偏振测量的一种方法和设备。使用包括一个偏振控制器、一个偏振镜、一个波长分散元件、及一个光电探测器的一个检偏振镜，能确定光学信号的偏振状态。
在一个实施例中，光电探测器是一个光电二极管阵列。为了确定光学信号的偏振状态，对于偏振控制器的不同设定值作为在光学信号内的波长的函数，进行光学功率测量。该方法能应用于在波长分隔多路复用(WDM)系统中的偏振和偏振模式分散确定。
通过考虑结合附图的如下详细描述，能容易理解本发明的讲授，在附图中
图1是一种常规检偏振镜的示意表示；图2是根据本发明一个实施例的一种检偏振镜的示意表示；图3A-C是分散光学信号的多通道检测的示意表明；图4是根据本发明一个实施例的偏振测量方法的流程图；图5是包括本发明一个实施例的传输系统的示意表示；图6是本发明一种检偏振镜的一个例子的示意说明；及图7是本发明一种检偏振镜的一个例子的示意说明。
为了便于理解，在可能的地方，相同的标号用来指示对于诸图公共的相同元件。
本发明提供一般用来测量光学信号的偏振状态的一种方法和一种设备。使用包括一个偏振控制器、一个偏振镜、一个波长分散元件、及一个光电探测器的一个检偏振镜(或偏振计)，能进行偏振测量。在一个实施例中，通过测量光学信号的Stokes向量分量得到宽带光学信号的偏振状态和功率。
该方法和设备也能应用于偏振模式分散(PMD)测量。例如，本发明的实施例能应用于偏振的和在波分多路复用(WDM)系统的纤维链路中的PMD的在线测量，而没有数据交通中断。通过分析在接收器输入处的光学信号的偏振的频率依赖性，能确定用于对应频率间隔的WDM通道的PMD特征。PMD测量的结果能用来导出PMD补偿参数。要不然，通过使用检偏振镜测量WDM信号的偏振程度(DOP)，也能实施PMD补偿。尽管结合任何类型的PMD补偿器能实施本发明，但它特别良好地适用于带有光学补偿器的用途。
图1是一种常规偏振计100，例如从加里福尼亚的Palo Alto的Hewlett-Packard得到的型号HP 8509A，的示意表示。这种偏振计100的细节公开在标题为“用来测量在光学器件中的偏振模式分散的方法和设备”的美国专利5,227,623中，该专利通过参考作为整体包括在这里。
一个具有要确定的偏振状态的光学信号150经一个光学连接器102联接到偏振计100上。光学信号150引导到一个球面镜104上，并且由球面镜104的四个可调节四分体分裂成四个分量A、B、C和D。如图1中所示，四个分量的三个(A、B和C)联接到相应的偏振镜P1、P2和P3中。在进入偏振镜P1之前，光学信号分量之一，例如A，通过一个波片106。波片106用来颠倒信号分量A的偏振状态。每个偏振镜P1、P2和P3设置到不同方位，从而在通过相应的偏振镜之后，由A′、B′和C′指示的光学分量的特征在于不同的偏振分量。
四个光学信号分量A′、B′、C′和D的强度或功率使用光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4测量。没有由任何偏振镜滤波的第四分量的功率直接由光电二极管PD4测量。光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4提供四个输出光电流I1、I2、I3和I4，这些电流与相应光学信号分量A′、B′、C′和D的测量功率成比例。其特征在于输入光学信号150的Stokes参数，能通过使用在先有技术中已知的技术分析光电流I1、I2、I3和I4而确定。
图2是根据本发明一个实施例的一种检偏振镜200的示意表示。检偏振镜200包括一个偏振控制器202、一个偏振镜204、一个波长分散元件206、及一个光电探测器208。
偏振控制器202用来进行一个到来光学信号250的限定偏振转换。不同类型的偏振控制器202可以用来实践本发明的各种实施例，包括机械的、机电的及光电器件。一般地，机械器件与光电器件相比往往较慢。因此，光电偏振控制器，例如铌酸锂基器件，是希望的，因为他们允许以较高速度，例如在MHz量级上，进行偏振状态转换。
在一个实施例中，偏振镜204是一个线性偏振镜，并且选择成在光学信号250的一个波长区域内操作。
波长分散元件206用来把光学信号250分散或分离成其在从λmin至λmax波长范围内的频谱分量，其中λmin和λmax指示用于光学信号250的频谱范围的下和上波长极限。根据其波长，不同的频谱分量分散成不同的角度。应该注意，波长λi和λj用来指示其特征在于中心波长λi和λj的频谱分量，尽管每个频谱分量的特征可以进一步在于绕中心波长的频谱范围。
检偏振镜200一般适用于具有单色或宽带频谱的输入光学信号的偏振测量。对于WDM用途，光学信号250典型地具有驻留在绕1.3μm、1.8μm和800μm区域的电信窗口中的频谱。原则上，检偏振镜200能适用于这些信号波长区域。
波长分散元件206应该具有大得足以包容光学信号250的带宽的带宽。在一个实施例中，波长分散元件206是一个光栅，例如一个衍射光栅，具有约32nm的带宽和约0.1nm的频谱分辨率。也可以使用其他类型的波长分散元件206，例如纤维光栅、棱镜或扫描波长测定仪。一般地，最好波长分散元件206不涉及机械扫描，以便具有提高的可靠性和用于宽带信号偏振测量的增大速度。
参照图2，光学信号250的、作为波长的函数在空间分离的分散频谱分量(λi、λj、…)，由一个光电探测器208检测。在一个实施例中，光电探测器208是一个光电二极管阵列，它包括用来检测光学信号250的分散频谱分量(λi、λj、…)的一系列象素。光电二极管阵列208的一个例子是光学通道监视器，它能用于波长、功率及光学信噪比(OSNR)测量。光学通道监视器的细节已经公开在标题为“用来监视多波长光学系统的方法和设备”、发布于2000年6月20日的美国专利6,078,709；和标题为“包括一个选择性波导开关的制品”、发布于1999年12月14日的美国专利6,002,822中，这两个专利通过参考包括在这里。要理解，其他光电二极管或光学通道监视器也可以适用于实施本发明的实施例。如果检偏振镜200用来测量单色光学信号的偏振，那么一个单光电探测器或光电二极管也可能足够了。
对于WDM用途，检偏振镜200的频谱分辨率是一个重要的设计参数，检偏振镜200的频谱分辨率由波长分散元件206和光电二极管阵列208的组合分辨率确定。为了进行对应于不同频谱分量的频率敏感(或波长依赖)偏振测量，检偏振镜200的分辨率应该高得足以保证，分辨频率间隔足够小，从而Stokes向量在分辨率间隔内基本上保持恒定。一般地，适当的分辨率取决于对于偏振测量希望的精度，并且可以根据特定需要或用途改变。要理解，熟悉本专业的技术人员对于特定用途选择一种在可接收极限内提供测量的分辨率。
图3A示意表明由光电二极管阵列208的不同象素或通道(PXi、PXj、PXk、…)检测分散频谱分量。对于足够高的分辨率，探测器阵列208的每个象素检测光学信号250的频谱的一部分，该部分对应于足够窄从而在Stokes向量或偏振没有明显变化的频谱分量。如图3A中表明的那样，频谱分量λi、λj、λk(每个具有其有关频谱范围Δλi、Δλj、Δλk)，分别由相邻象素PXi、PXj和PXk检测。如果用于频谱分量λi、λj、λk的Stokes向量基本上在其相应频谱范围内保持恒定，则由象素PXi、PXj和PXk检测的光学功率与用于相应频谱分量的偏振参数有关。
相反，图3B示意表明用检偏振镜200的不足分辨率检测分散频谱分量。如图3B中所示，光电二极管阵列208的一个象素301同时检测几个频谱分量λi、λj、λk，每个具有稍微不同的偏振向量Si、Sj、Sk。每个频谱分量的强度(或成分)，如由象素301检测的那样，由波长分散元件206的滤波功能确定。因而，代之以检测来自与特定频谱分量对应的一种偏振状态的信号成分，象素301测量具有比一小的偏振程度(DOP)的平均偏振状态。DOP描述不同频谱分量的偏振向量如何在一个象素的波长分辨率内相对彼此对齐。如果偏振向量安全对齐，那么DOP处于一的最大值。然而，如果偏振向量不完全对齐，那么DOP小于一。
图3C表明其中频谱分量λi、λj的每一个由光电二极管阵列208的几个探测器象素检测的又一种情况。在该例子中，频谱分量λi由三个象素303、305和307检测；而频谱分量λj由三个象素307、309和311检测。由于象素303、305、309和311包含来自仅一个频谱分量λi或λj的信号成分，所以来自这些象素的光电流(例如303与305之和及309与311之和)与用于各个频谱分量λi、λj的信号强度成比例。尽管来自象素307的光电流包含来自两个频谱分量λi和λj的成分，但使用适当的信号处理技术，仍有可能提取用于对频谱分量λi和λj的偏振状态确定的各个信号成分。
一般地，对于WDM用途，检偏振镜200应该具有足够的分辨率，以避免在其中偏振或光学功率能显著变化的波长间隔上的偏振平均。例如，最好避免在一个象素内的偏振平均，如表明在图3B中偏振、或在相邻WDM通道的信号带宽内的至少一个。
偏振测量的方法使用图2的检偏振镜200通过测量与偏振控制器202的几种不同偏振转换对应的光学信号的功率，能确定光学信号的偏振状态。
图4是根据一个实施例的偏振测量方法的流程图。在该实施例中，测量用于光学信号的频谱分量的Stokes向量，并且光学信号的偏振状态和光学功率都能由Stokes分量确定。
该方法一般能应用于具有不同频谱范围的各种光学信号。例如，光学信号可以具有在1.55μm区域中的波长范围，如在WDM系统中使用的一种。要不然，光学信号可以具有在其他波长区域中的宽带频谱。而且，该方法也可以用于单色光学信号。
在步骤401，特征在于要确定的任意偏振状态的输入光学信号，发射到检偏振镜200中。在步骤403，偏振控制器202设置到一个第一位置，并且把光学信号从其任意偏振状态转换到一个变换偏振状态PC1。
在步骤405，把光学信号引导到线性偏振镜204，偏振镜204设置在一个固定方位以定义一根用于离开光学信号的偏振轴线。
在步骤407，把离开偏振镜204的光学信号引导到波长分散元件206，波长分散元件206分散光学信号250的频谱作为波长的函数。一般地，光学信号250的分散频谱可以对应于连续的波长，或者对应于由与分离信道对应的波长组成的频谱。在任一种情况下，分散频谱能认为是由不同的频谱分量组成的，每个频谱分量的特征在于中心波长和有关的频谱范围(或频谱宽度)。在WDM光学信号的情况下，频谱分量的一个或多个可以对应于WDM系统的各个光学通道。
在步骤409，频谱分量的光学功率由诸如光电二极管阵列之类的光电探测器208测量。空间分离频谱分量的每一个可以引导到光电二极管阵列208的一个或多个象素。一个与检测频谱分量的光学功率成比例的光电流产生在光电二极管阵列208中。对于光学信号的相应频谱分量的测量光电流的数值可以存储在用于计算光学信号的Stokes分量的存储器或处理器中。
在对于WDM用途实施本发明时有两个方面。一个方面涉及波长依赖偏振的测量(即对于具有非零PMD的信号)，在这种情况下，与一个WDM通道对应的、可以包括几个频谱分量的每个信号，表明几个象素(即由其检测)。然而，光电二极管阵列的至少一些象素应该每个主要检测一个在其内Stokes向量基本保持恒定的频率或波长范围，以便避免偏振平均。
另一个方面涉及测量光学信号的偏振程度(DOP)。在这种情况下，与WDM通道对应的每个信号照亮在光电二极管阵列中的仅一个象素就足够了(即使偏振状态在一个WDM通道的带宽内变化)，只要没有与两个WDM通道对应的两个信号照亮相同象素。然而，能由波长分散元件限制的检偏振镜的分辨率，应该至少高得足以避免在不同WDM通道之间的偏振平均。在实施本发明的任一方面，选择分辨率，以对于特定用途提供在可接收容限内的测量。
如在步骤411中所示，借助于设置到至少三个其他位置的偏振控制器202，以后进行类似的光学功率测量，这三个位置的每一个不同于第一位置并且彼此不同。一般地，在根据本发明的方法进行偏振测量时，四个位置的多个不同组合可以用于偏振控制器202。例如，偏振控制器202的四个设置值的一种可能组合可以包括把具有横电波(TE)模的信号发射到偏振控制器202中。偏振控制器202可以顺序设置以产生四个输出或变换偏振状态。如果使用用来描述信号偏振状态的Stokes向量的Poincare球表示，那么这四个变换偏振状态应该在Poincare球上最好具有彼此相离的最大空隙，例如形成一个四面体。
对于频谱分量的每一个，使用在先有技术中已知的关系，可以分析与偏振控制器202的四个位置对应的测量光学功率，以产生或计算Stokes向量分量、或Stokes参数，这些参数描述光学信号的偏振和光学功率。
一般地，四次功率测量涉及通过一个4×4矩阵的四个Stokes参数，该矩阵称作校准或仪器矩阵，可以由在先有技术中已知的校准过程确定。适当校准过程的细节已经由R.M.A.Azzam在“在线、节光光偏振计和其纤维光学模拟”，Optics Letters，Vol.12，No.8，pp.558-560，1987中描述，该文章通过参考作为整体包括在这里。依据波长分散元件，或在偏振控制器、偏振镜与波长分散元件之间的光学联接，对于每个探测器象素，校准矩阵可以潜在地不同。一旦已经确定校准矩阵，通过把由每个探测器象素产生的四次功率测量与用于探测器象素的对应校准矩阵相乘，能得到四个Stokes参数。
然后可以由Stokes参数确定与频谱分量对应的偏振状态。要注意，与至少四个变换偏振状态PC1、PC2、PC3和PC4对应的功率测量(对应于偏振控制器202的四个位置)是必需的，以提供确定由Stokes向量描述的原始偏振状态和输入光学信号功率的足够数据。不排除另外的测量，即与多于四个变换偏振状态相对应的测量，尽管他们不是必需的。
要理解，图4的方法仅表明检偏振镜200的一种用途。因而，检偏振镜200也可以用在不需要与偏振控制器202的四个不同设置值相对应的测量的其他用途中。例如，如果不需要输入光学信号的功率，那么少于四次测量可能足以提供用于光学信号的偏振或其他要求信息。因而依据要求的特定信息，通过产生与偏振控制器202的不同位置(可以大于或小于四)对应的不同数量的变换，检偏振镜200一般能用于各种光学测量。
下面提供几个例子，以进一步表明能用来实施本发明的不同偏振变换。
例1图6是检偏振镜600的示意说明，它包括一个偏振控制器602、一个偏振镜608、一个波长分散元件610、及一个光电探测器阵列612。在该例子中，偏振控制器602包括一个半波板604和一个四分之一波板606。一个具有某一偏振状态的光学信号650通过半波板604、四分之一波板606和偏振镜608。在离开偏振镜608之后，光学信号650由波长分散元件610分散，并且分散信号以后由光电探测器阵列612检测。
半波板604、四分之一波板606和偏振镜608的方位分别由θ1/2、θ1/4、和θa表示。表1提供偏振控制器602的四个位置或变换的一个例子(每个位置由θ1/2、θ1/4、和θa定义)，偏振控制器602能用来实施本发明。半波板604和四分之一波板606的方位作为相对于偏振镜608的方位的角转动(按度)给出。通过对于在偏振控制器602的四个位置每一个处的分散信号进行功率测量，能得到用于光学信号650的Stokes参数，并且用于光学信号的偏振状态的确定。
表1θ1/2θ1/4θa1 0 0 02 22.5° 0 03 45° 0 04 22.5° 45° 0在另一个实施例中，半波板604和四分之一波板606的顺序可以互换，从而光学信号650在通过半波板604之前通过四分之一波板606。在这种情况下，与偏振控制器602的四个变换相对应的半波板604和四分之一波板606的方位与表示在表1中的那些不同。熟悉本专业的技术人员能够设想用来实施本发明另外实施例的适当方位。
例2图7是检偏振镜700的示意说明，它包括一个偏振控制器702、一个偏振镜704、一个波长分散元件706、及一个光电探测器阵列708。在该例子中，偏振控制器702是一个具有由θ1/4指示的方位的四分之一波板。为了实施本发明，具有某一偏振状态的光学信号750通过偏振控制器702和偏振镜704。离开偏振镜704的信号750使用波长分散元件706分散，并且分散信号由光电探测器阵列708检测。
对于保持在一个固定方位θa处的偏振镜704，偏振控制器702的方位θ1/4作为时间函数连续地变化，例如通过把四分之一波板以给定速率转动过不同位置。由光电探测器阵列708的检测的分散信号强度(I)能由如下公式表示I＝0.5[(S0+S1/2)+(S1/2)COS(4θ1/4)公式(1)+(S2/2)Sin(4θ1/4)-S3sin(2θ1/4)其中S0、S1、S2、和S3是光学信号750的相应Stokes参数Stokes参数S0、S1、S2、和S3可以通过进行检测信号频谱的傅里叶分析得到。通过对于所有频谱分量进行傅里叶分析，能确定光学信号750的波长依赖偏振。对于单波长用途进行傅里叶分析的技术已经公开在P.S.Hauge的、在SPIE vol.88，Polarized Ligtht(偏振光)，pp.3-10，1976中的“用于偏状态的完全确定的方法的研究”，该文章作为整体通过参考包括在这里。
例3在另一个实施例中，偏振分析能用来测量具有一定偏振状态的光学信号的频谱功率密度。在这种情况下，只必需在两个不同位置处设置偏振控制器，以提供功率密度测量必需的变换。在一个实施例中，偏振控制器的两个位置可以彼此相差90°，产生分别与TE和EM模式相对应的变换。依据特定用途，偏控制器不同数量的方位也可以用来产生其他光学测量，如适当的那样。
在传输系统中的在线PMD测量根据本发明的一个方面，检偏振镜200能用于在传输系统中的偏振模式分散(PMD)的测量。特别是，能作为用于在线PMD测量的PMD监视单元的部分使用，与在WDM系统中的数据传输(即不间断的数据传输)一致。使用常规检偏振镜的在线PMD测量以前已经公开在标题为“用于传输系统中偏振模式分散的在线监视的方法和设备”、提出于2000年3月3日的共同授予美国专利申请Serial No.09/518,296中，该申请作为整体通过参考公开在这里。
图5表示包含一个用于在线PMD测量的PMD监视器550的WDM传输系统500的示意图。PMD监视器550包括一个偏振开关502和检偏振镜200。
在WDM传输系统500中，不同的发射机(TX1、TX2、…、TXN)用来产生在用于数据传输的不同波长下的光(或光学载波)。载波信号由相应的数据位流调制，以形成数据信号DS1、DS2、…、DXN。具有不同载波波长的这些数据信号DS1、DS2、…、DXN在多路复用器510中相结合，以形成一个单光学信号580。
表明、线性偏振的光学信号580在进入传输线512之前联接到一个偏振开关502中。偏振开关502允许要改变的光学信号580的输出偏振。例如，光学信号580可以在两个非正交线性偏振状态之间切换，该偏振状态具有相对于彼此的45°相对角(在Jones空间中)。多种器件可以用作用来转动光学信号580的偏振的偏振开关502，一个例子是Pockels盒。
在图5的示意表示中，假定传输纤维512表示特征在于使用本发明的实施例监视偏振模式分散(PMD)的整个传输线。在其输出端514处，传输纤维512分别连接到检偏振镜200和一个PMD补偿器516上。这样，传输信号580分成两部分，一部分580a联接到检偏振镜200上，而另一部分580b联接到补偿器516上。
检偏振镜200也连接到与检偏振镜200和用来控制PMD补偿器516的控制器520通信的一个计算机或一个微处理器518上。要不然，控制器520可以作为计算机518的部分并入。
PMD补偿器516在其输出522处连接到一个用来把传输信号580b分离成其相应通道分量DS1、DS2、…、DXN的多路分解器524上。相应通道的光学信号由多个接收器RX1、RX2、…、RXN检测。典型地，检偏振镜200和PMD补偿器516靠近接收器RX1、RX2、…、RXN布置，允许对到达接收器RX1、RX2、…、RXN处的数据信号580b的准确PMD补偿。
在一个选择性实施例中，检偏振镜200可以连接到PMD补偿器516的输出522上，从而离开PMD补偿器516的传输信号580可以分成两部分，一部分引导到检偏振镜200，而另一部分引导到多路分解器524。这种布置在图5中以虚线表示。一般地，本发明的检偏振镜200能结合任何PMD补偿器516使用，包括基于电气和基于光学的补偿器。
集体形成PMD监视器550和检偏振镜200的偏振开关502能用来提供对于传输纤维512的实时、在线PMD测量。由于用于PMD测量的信号源由传输或数据信号580提供(与一个外部信号源相反)，所以本发明的实施例允许在传输系统500中与数据传输同时进行PMD测量，而不中断数据传输。
为了确定传输纤维512的PMD，必需对于发射到传输纤维512中的光学信号580的至少两个不同和非正交偏振状态进行偏振测量。例如，借助于把偏振开关502设置在一个第一方位，根据诸如概括在图4中那些之类的步骤可以进行一个第一组偏振测量。以后，借助于把偏振开关502设置在一个第二方位，例如相对于第一位置约45°，进行一个第二组偏振测量。要注意，偏振切换应该不影响在密度调制直接检测(IMDD)系统中的信号传播，至少不存在纤维非线性，只要能忽略偏振依赖损失，并且已经补偿PMD。Stokes向量的测量波长依赖性(即，作为波长的函数的偏振测量)允许确定在传输纤维512中的PMD。
这些测量的结果作为输入数据提供给计算机或微处理器518，它然后计算用于PMD补偿器516的调节的相关参数。要不然，根据PMD测量的结果，从可以存储在计算机518中的查阅表也可以检索PMD补偿参数。这些参数通信到然后调节PMD补偿器516的控制器520，从而到达多路分解器524处的光学信号580b补偿由在传输系统500中的PMD造成的任何脉冲失真。
根据本发明的另一个方面，检偏振镜200也可以用来测量用于PMD监视目的的偏振程度(DOP)，通过传输信号580的Stokes向量的测量。例如DOP可以用作在传输信号580中PMD存在的指示器，并且这样的信息可以由处理器518用来产生一个用来控制PMD补偿器516的控制信号。
在一个实施例中，检偏振镜200连接到PMD补偿器516的输出上，从而传输信号580的一部分进入检偏振镜200，而其他部分进入多路分解器524。使用检偏振镜200通过对于各个WDM通道进行光学功率测量，可以测量DOP，各个WDM通道通过使传输信号580通过波长分散元件(在经偏振控制器和偏振镜202及偏振镜204传播之后)而分辨。由与各个WDM通道的每一个相对应的探测器阵列208测量的光学功率，然后用来计算用于WDM通道的Stokes分量，这些分量又允许DOP的确定。能分析DOP数据以导出关于PMD的信息，该信息然后能用来控制PMD补偿器516。
尽管已经详细表示和描述了包括本发明的讲授的几个最佳实施例，但熟悉本专业的技术人员能容易地设想仍然包括这些讲授的许多其他各种实施例。
权利要求
1.一种偏振测量的方法，包括(a)把一个特征在于偏振状态的光学信号引导到一个偏振控制器中；(b)把来自偏振控制器的光学信号引导到一个偏振镜中；(c)把来自偏振镜的光学信号引导到一个波长分散元件，以产生包括每个特征在于一个波长范围的多个频谱分量的分散光学信号；(d)把分散光学信号引导到一个用来检测多个频谱分量的光电探测器中；(e)把偏振控制器设置到多个位置；(f)对于偏振控制器的多个位置的每一个，使用光电探测器测量光学信号的功率；及(g)通过分析在(e)测量的光学信号的功率，得到光学信号的偏振状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中光电探测器是一个包括多个探测器象素的光电二极管阵列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中多个探测器象素的至少一个子组每个仅检测具有一个Stokes向量的分散光学信号的一部分，该Stokes向量在探测器象素的子组中的探测器象素的每一个内基本上恒定。
4.根据权利要求3所述的方法，其中(e)包括把偏振控制器设置到至少四个不同位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中(g)进一步包括(g1)对于多个探测器象素的子组的每一个产生一个光学功率参数；(g2)分析由多个探测器象素的子组检测的光学功率参数和对应波长范围；及(g3)计算用于光学信号的Stokes分量，以得到光学信号的偏振状态。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括(h)对于光学信号计算一个光学功率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中光学信号是一个在波长分隔多路复用(WDM)系统中的数据信号，并且在分散光学信号中的多个频谱分量的一个或多个对应于多个WDM光学通道。
8.根据权利要求1所述的方法，其中偏振控制器包括一个跟随有一个四分之一波板的半波板，每个波板的特征在于相应方位；(e)包括把偏振控制器设置到至少四个不同位置；其中至少四个不同位置的第一个对应于，把半波板方位和四分之一波板方位设置到与偏振镜的方位相同；至少四个不同位置的第二个对应于，把半波板方位设置到相对于偏振镜方位的约22.5度处，并且把四分之一波板方位设置成与偏振镜的方位相同；至少四个不同位置的第三个对应于，把半波板方位设置到相对于偏振镜方位的约45度处，并且把四分之一波板方位设置成与偏振镜的方位相同；及至少四个不同位置的第四个对应于，相对于偏振镜的方位把半波板方位设置到约22.5度处，并且把四分之一波板方位设置在约45度处。
9.根据权利要求1所述的方法，其中偏振控制器是一个半波板，并且(e)包括作为时间的函数连续转动四分之一波板。
10.根据权利要求1所述的方法，其中多个频谱分量的一个或多个具有在相应波长范围内变化的对应Stokes向量。
11.一种光学测量的方法，包括(a)把一个特征在于偏振状态的光学信号引导到一个偏振控制器中；(b)把来自偏振控制器的光学信号引导到一个偏振镜中；(c)把来自偏振镜的光学信号引导到一个波长分散元件，以产生包括每个特征在于一个波长范围的多个频谱分量的分散光学信号；(d)把分散光学信号引导到一个用来检测多个频谱分量的光电探测器中；(e)把偏振控制器设置到多个位置；(f)对于偏振控制器的多个位置的每一个，使用光电探测器测量分散的光学信号的功率；及(g)通过分析分散光学信号的测量功率，得到光学信号的至少一个希望性能。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在(e)中的多个位置是至少两个。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在(g)中的至少一个希望性质是光学信号的频谱功率密度。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在(e)中的多个位置是至少四个，并且在(g)中的至少一个希望性质是光学信号的偏振状态和光学功率。
15.一种监视光学信号的偏振程度的方法，包括(a)把光学信号引导到一个偏振控制器中；(b)把来自偏振控制器的光学信号引导到一个偏振镜中；(c)把来自偏振镜的光学信号引导到一个波长分散元件，以产生一个包括多个频谱分量的分散光学信号；(d)把分散光学信号引导到一个包括用来检测多个频谱分量的多个探测器象素的光电二极管阵列中；(e)把偏振控制器设置到多个位置；(f)对于偏振控制器的多个位置的每一个，测量由多个探测器象素的每一个检测的光学功率；及(g)通过分析在(e)中测量的光学功率，得到光学信号的偏振程度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中光学信号是一个在波长分隔多路复用(WDM)系统中的数据信号，该系统的特征在于多个WDM通道。
17.根据权利要求16所述的方法，多个WDM通道的每一个由多个探测器象素的一个不同子组检测。
18.根据权利要求15所述的方法，其中(g)进一步包括计算与多个WDM通道的每一个对应的Stokes分量，以得到用于多个WDM通道的每一个的偏振程度。
19.一种用于偏振测量的设备，包括一个偏振控制器，用来接收一个光学信号；一个偏振镜，用来接收离开偏振控制器的光学信号；一个波长分散元件，用来把离开偏振镜的光学信号分离成多个频谱分量；及一个光电探测器，用来检测多个频谱分量。
20.根据权利要求19所述的设备，其中波长分散元件是一个光栅。
21.根据权利要求19所述的设备，其中光电探测器是一个光电二极管阵列。
22.根据权利要求19所述的设备，其中偏振控制器是一个光电器件。
23.根据权利要求22所述的设备，其中光电器件由铌酸锂构造。
24.根据权利要求19所述的设备，其中波长分散元件具有至少足以分辨在波长分隔多路复用通信系统中的相邻信号通道的光学分辨率。
25.一种确定在传输系统中的偏振模式分散的方法，包括(a)把特征在于一个波长范围的数据信号经在传输系统中的一根光学纤维传播；(b)确定在光学纤维中的偏振模式分散，同时(b1)把数据信号的一部分引导到一个检偏振镜；(b2)对于数据信号的该部分作为在波长范围内的波长的函数测量光学功率；和(b3)由在(b2)中测量的光学功率产生偏振参数。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括(c)在(a)之前，经一个偏振开关引导数据信号。
27.根据权利要求26所述的方法，其中对于由偏振开关产生的数据信号的两个不同和非正交偏振状态进行(b2)。
28.根据权利要求27所述的方法，其中检偏振镜包括一个偏振控制器、一个偏振镜、一个波长分散元件和一个光电探测器。
29.根据权利要求28所述的方法，其中(b1)进一步包括(i)把数据信号的该部分引导到偏振控制器中；(ii)把来自偏振控制器的数据信号的该部分引导到偏振镜中；(iii)通过把来自偏振镜的数据信号的该部分引导到波长分散元件，产生多个频谱分量；及(iv)把多个频谱分量引导到光电探测器；其中光电探测器是一个光电探测器阵列。
30.根据权利要求29所述的方法，其中传输系统是一个波长分隔多路复用(WDM)系统，并且数据信号包括与在WDM传输系统中的多个光学通道相对应的多个波长。
31.根据权利要求30所述的方法，进一步包括在(b1)中，通过调节检偏振镜的偏振控制器，对于数据信号顺序产生至少四个不同偏振状态；和在(b2)中，对于在(b1)中顺序产生的至少四个不同偏振状态的每一个，测量用于多个光学通道每一个的相应光学功率。
32.一种监视在光学纤维中的偏振模式分散(PMD)的方法，包括(a)把包括多个WDM通道的波长分隔多路复用(WDM)光学信号经光学纤维传播；(b)把WDM光学信号引导到一个PMD补偿器中；(c)通过如下步骤对于多个WDM通道的每一个确定偏振程度(c1)把来自PMD补偿器的WDM光学信号的第一部分引导到一个检偏振镜中，该检偏振镜包括一个偏振控制器、一个偏振镜、一个波长分散元件及一个光电探测器阵列；其中在WDM光学信号的第一部分经偏振控制器和偏振镜传播之后，波长分散元件把WDM光学信号的第一部分分散到与多个WDM通道相对应的多个频谱分量中；并且光电探测器阵列检测多个频谱分量；(c2)通过对于多个WDM通道的每一个借助于光电探测器阵列测量光学功率，计算用于多个WDM通道每一个的Stokes参数；(c3)对于多个WDM通道的每一个由Stokes参数得到偏振程度；(d)对于多个WDM信号通道的每一个由偏振程度导出用于WDM光学信号的PMD信息；(e)使用用于WDM光学信号的PMD信息来控制PMD补偿器；及(f)把来自PMD补偿器的WDM光学信号的一个第二部分引导到一个WDM接收器单元。
33.一种用来确定在光学纤维中的偏振模式分散的设备，包括一个偏振开关，连接到特征在于偏振模式分散的光学纤维的输入上；及一个检偏振镜，连接到光学纤维的一个输出上，其中检偏振镜包括一个偏振控制器、一个偏振镜、一个波长分散元件及一个光电探测器。
34.根据权利要求33所述的设备，其中波长分散元件是一个衍射光栅。
35.根据权利要求34所述的设备，其中光电探测器是一个光电二极管阵列。
36.根据权利要求35所述的设备，其中偏振控制器是一个光电器件。
37.根据权利要求36所述的设备，其中光电器件由铌酸锂构造。
38.一种波长分隔多路复用(WDM)通信系统，包括(a)多个发射机，用来产生与在WDM通信系统中的多个光学通道相对应的多个光学信号；(b)一个多路复用器，用来把多个光学信号结合成一个多路复用光学信号；(c)一个偏振开关，连接到多路复用器的一个输出上；(d)一根传输纤维，连接到偏振开关的一个输出上，用来传输多路复用光学信号，其中传输纤维的特征在于偏振模式分散(PMD)；(e)一个检偏振镜，用来接收经传输纤维传输的多种复用光学信号的一个第一部分，其中检偏振镜包括一个偏振控制器、一个偏振镜、一个波长分散元件及一个光电探测器；(f)一个控制器，用来响应从偏振镜接收的信号产生一个控制信号；(g)一个PMD补偿器，响应控制信号，用来把经传输纤维传输的多路复用光学信号的一个第二部分转换成一个PMD补偿多路复用光学信号；(h)一个多路分解器，连接到PMD补偿器的一个输出上，用来把PMD补偿多路复用光学信号分解成与在WDM系统中的多个通道相对应的多个传输光学信号；(i)多个接收器，用来检测多个传输光学信号。
全文摘要
用于偏测量的一种方法和设备。使用一个检偏振镜能确定光学信号的偏振状态,该检偏振镜包括一个偏振控制器、一个偏振镜、一个波长分散元件及一个光电探测器。该方法和设备能应用于在波长分隔多路复用通信系统中的偏振和偏振模式分散测量。
文档编号H04B10/2569GK1349086SQ01125718
公开日2002年5月15日 申请日期2001年8月23日 优先权日2000年8月25日
发明者罗沙·贝内迪科特·尔哈德·约瑟夫·摩勒, 保罗·斯帝芬·伟斯特布鲁克 申请人:朗迅科技公司