CN1244207C - 把光信号总色散量减至最小的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一个方法和设备，用于把通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度减至最小，从而使传输线中总色散量减至最小。更具体地说，检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度。此光信号有一条强度与总色散量关系的特性曲线以及相应的眼图张度。控制总色散量，使此特定频率分量的强度在眼图张度中减至最小，从而把总色散量减至最小。

Description

把光信号总色散量减至最小的方法和设备
技术领域
本发明涉及减小光纤传输线中色散量的方法和设备。更具体地是，本发明涉及用控制总色散量方法把通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量强度基本上减至最小，从而使传输线中色散量减至最小的方法和设备。
背景技术
采用光纤传输线的光传输***正用于传送相对大量的信息。例如，10Gb/s的光传输***现在已实际应用于干线光通信中。然而，随着用户要求快速传送大量信息，就要求进一步增大光传输***的容量。
时分多路复用(TDM)(包括光学时分多路复用(OTDM))和波分多路复用(WDM)正考虑成这种大容量光传输***的选择。例如，有关TDM技术，全世界大量的研究工作正在40Gb/s***中进行。
色散(群速色散(GVD))是40Gb/s***中限制传输距离的诸多因素之一。由于色散容限与比特率的平方成反比，因此，在10Gb/s下的色散容限为800ps/nm在40Gb/s下减小至1/16，约为50ps/nm。
例如，在实测的试验中，信号光波长为1.55μm(此波长在硅光纤中的传输损耗最低)的光学时分多路复用(OTDM)信号在单模光纤(SMF)中的传输距离超过50km。SMF的零色散波长为1.3μm。这种类型的SMF是世界上最广泛使用的光纤类型。输入信号光功率为+3dBm，比特率为40Gb/s，采用色散补偿光纤(DCF)实现色散补偿。为了使功率代价(传输之后光信号接收灵敏度的下降)保持在1dB(色散补偿容限)以内所允许的色散补偿值范围宽度为30ps/nm。由于此时所需的色散补偿值为930ps/nm(18.6ps/nm/km×50km)，可以看出，色散补偿必须在精度为930±15ps/nm下实现，这一数值非常接近于100％正确补偿。
另一方面，传输线中的色散随时间发生变化，例如，由于温度的改变。举例来说，在SMF50km传输情况下，若温度在-50℃至100℃之间变化，传输线色散的变化量估算如下：
(传输线零色散波长随温度的变化关系)×(温度变化量)×(色散斜率)×(传输距离)＝0.03nm/℃×150℃×0.07ps/nm2/km×50km＝16ps/nm。
在与上述色散补偿容限比较时，此值是相当大的。因而，在40Gb/s或更高比特率的大容量传输情况下，必须随时监测传输线色散量以保持总色散量为零。这也适用于在1.55μm波段有低色散的色散移位光纤(DSF)。
在开发自动色散均衡***(利用反馈自动控制总色散量为零的***)中，以下几点是疑难问题：
(i)实现可变色散补偿器。
(ii)检测传输线色散(或色散补偿之后的总色散量)的方法。
(iii)反馈控制色散补偿量的方法。
关于以上第(i)点，一个简单的方法是，采用不同色散补偿量的DCF，利用光开关在不同的DCF之间进行切换，以不连续的方式改变色散补偿量。有人建议用加应力来连续改变色散补偿量的方法(例如，见M.M.Ohm等人，“采用压电堆的可调光栅色散”，OFC‘97Technical Digest(技术文摘)WJ3，pp155-156)。此外，还有人建议给光纤光栅提供温度梯度的方法(例如，见Sergio Barcelos等人，“用于色散补偿的啁啾光纤光栅”，OFC’96 TechnicalDigest，WK12，pp161-162)。另外，还有人建议给平面光波线路(PLC)引入因温度变化引起的相位变化(例如，见K.Takiguchi等人“在平面光波线路上采用晶格形式可编程光学滤波器的可变群时延色散均衡器”，IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics(量子电子学中精选课题)2，1996，pp270-276。另一种可能的方法是，不采用可变色散补偿器而采用可变波长光源以改变传输线色散。在此情况下，光学滤波器的中心频率必须以联锁的方式同时发生变化。
关于以上第(ii)点，传统上采用脉冲方法或相位方法，该方法涉及到提供不同波长的多个光束，并测量各个输出光束之间的群时延差或相位差。然而，在***运行期间采用这些方法就要求，在测量色散量期间要中断***的运行，或者信号波长中不同波长的测量光与间要中断***的运行，或者信号波长中不同波长的测量光与信号光是波分多路复用。在后一情况中，问题是需要从测量光测得的色散量计算信号光的色散量，因为传输线的色散随波长而变。在A.Sano等人，“通过监测40Gbit/s下200km传输线中提取的时钟分量功率的自动色散均衡”，ECOC’96TuD3.5，1996，pp207-210，此文披露了一个方法，从接收到的光信号中检测时钟分量(当数据信号比特率为Bb/s时的B-Hz分量)功率，控制色散补偿量以使此功率最大。这个方法适用于含时钟分量的归零(RZ)信号情况，但不适用于时钟分量强度在零色散时不为最大的情况，如在不归零(NRZ)信号或在OTDM信号情况，在后一情况下多个RZ信号时分多路复用，信号尾部互相重叠。
关于以上第(iii)点，一个可行的方法是，在中断***运行的同时，利用可变色散补偿器或可变波长光源在很宽的范围内扫描总色散量，直到检测到总色散量为零的点。于是，色散补偿量可以设定在该点处。然而，最好是有这样一个方法，能自始至终实现控制而不中断***的运行。
因此，本发明的一个目的是提供一个控制光纤传输线中色散的方法和设备。检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度。光信号有一条强度与总色散量关系的特性曲线以及相应的眼图张度，控制传输线的总色散量，使此特定频率分量的强度在眼图张度中基本上最小，由于很难测量眼图张度，强度与总色散量关系的特性曲线可以描述成至少有两个峰。在此情况下，于是就控制传输线的总色散量，使强度与总色散量关系的特性曲线中两个最高峰之间此特定频率分量的强度基本上最小。
提供一个直接控制特定频率强度的设备和方法，使此特定频率分量的强度在眼图张度中或在强度与总色散量关系的特性曲线上两个最高峰之间基本上最小，也能实现本发明的目的。
此外，提供这样一个控制传输线总色散量的设备和方法，使特定频率分量的强度保持在强度与总色散量关系的特性曲线上眼图张度以内的那些点上，也能够实现本发明的目的。
具体地，本发明提供了一种控制传输线中色散量的方法，包括下述步骤：检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度，包含该特定频率分量的该光信号有一个强度与总色散量关系的特性曲线，该特性曲线上至少有两个峰；和控制传输线的总色散量，使得检测到的该特定频率分量的强度取所述强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰之间的强度值中的最小值，从而使所述传输线的总色散量最小化。
本发明还提供了一种控制传输线中色散的设备，包括：光检测器，它检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度，包含该特定频率分量的该光信号的强度与总色散量关系的特性曲线上至少有两个峰；和控制器，控制传输线的总色散量，使得检测到的该特定频率分量的强度取所述强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰之间的强度值中的最小值，从而使所述传输线的总色散量最小化。
另外，提供一种传送光信号的方法，包括下述步骤：通过光纤传输线传送一个用n·m bit/s的数据信号调制的时分多路复用光信号，此数据信号通过时分多路复用n个分别被mbit/s数据信号幅度调制的光信号得到，既包含n·m赫兹频率分量又包含m赫兹频率分量的该时分多路复用光信号的强度与总色散量关系的特性曲线上至少有两个峰；和执行以下两步之一：(a)从通过光纤传输线传播之后的所述时分多路复用光信号中检测所述n·m赫兹频率分量，并控制光纤传输线的总色散量，使得检测到的n·m赫兹频率分量的强度取所述强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰之间的强度值中的最小值，从而使所述光纤传输线的总色散量最小化；(b)从通过光纤传输线传播之后的所述时分多路复用光信号中检测所述m赫兹分量，然后控制光纤传输线的总色散量，使得检测到的m赫兹分量的强度最大化。
此外，提供一种传送光信号的设备，包括：发送机，它通过光纤传输线传送一个用n·mbit/s的数据信号调制的时分多路复用光信号，此数据信号通过时分多路复用n个分别被m/bits数据信号幅度调制的光信号得到，既包含n·m赫兹频率分量又包含m赫兹频率分量的该时分多路复用光信号的强度与总色散量关系的特性曲线上至少有两个峰；和用于执行以下两项操作之一的控制器：(a)从通过光纤传输线传播之后的时分多路复用光信号中检测所述n·m赫兹频率分量，并控制光纤传输线的总色散量，使得检测到的n·m赫兹频率分量的强度取所述强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰之间的强度值中的最小值，从而使所述光纤传输线的总色数量最小化；(b)从通过光纤传输线传播之后的时分多路复用光信号中检测所述m赫兹频率分量，然后控制光纤传输线的总色散量，使得检测到的m赫兹频率分量的强度最大化。
提供这样一个确定传输线中总色散量的设备和方法也能实现本发明的目的。更具体地说，检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度。然后，从检测到的特定频率分量强度确定传输线的总色散量。
本发明的其他目的和优点，部分在以下的描述中说明，部分在以下描述中是显而易见的，或可以通过实践本发明而获悉。
本发明的这些和其他目的和优点，从以下结合附图的各个优选实施例描述中会变得显而易见和容易理解，这些附图是：
图1是按照本发明一个实施例的曲线图，说明40GHz时钟分量强度与40Gb/s OTDM信号总色散量关系的计算机模拟结果。
图2是按照本发明一个实施例的曲线图，说明40GHz时钟分量强度与40Gb/s NRZ信号总色散量关系的计算机模拟结果。
强度与40Gb/s NRZ信号总色散量关系的计算机模拟结果。
图3是按照本发明一个实施例的曲线图，说明40GHz时钟分量强度与40Gb/s RZ信号(50％占空比)总色散量关系的计算机模拟结果。
图4是按照本发明一个实施例的曲线图，说明40GHz时钟分量强度与40Gb/s RZ信号(25％占空比)总色散量关系的计算机模拟结果。
图5是按照本发明一个实施例的示图，表示产生40Gb/s OTDM信号的光调制器。
图6(A)，6(B)，6(C)，6(D)和6(E)是按照本发明一个实施例的波形图，表示图5中光调制器的工作状态。
图7是按照本发明一个实施例的OTDM信号基带谱。
图8是按照本发明一个实施例的NRZ信号基带谱。
图9(A)，9(B)和9(C)是按照本发明一个实施例的OTDM信号在色散之后的波形图。
图10(A)，10(B)和10(C)是按照本发明一个实施例的NRZ信号在色散之后的波形图。
图11是按照本发明一个实施例的示图，用于说明在低频f0下很小范围内改变总色散量的方法中，色散补偿量为最小的情况。
图12是按照本发明一个实施例的示图，用于说明在低频f0下很小范围内改变总色散量的方法中，色散补偿量偏离最小值的情况。
图13是按照本发明一个实施例的示图，表示一个自动色散均衡***。
图14是按照本发明一个实施例的示图，表示图13中自动色散均衡***的光发送机具体实例。
图15是按照本发明一个实施例的示图，表示图13中自动色散均衡***的光接收机具体实例。
图16是按照本发明一个实施例的光发送机示图。
图17是按照本发明一个实施例的偏振无关多路分配器(DEMUX)。
图18是按照本发明一个实施例的部分光接收机示图。
图19是按照本发明一个实施例的可变色散补偿器示图。
图20是按照本发明一个实施例的曲线图，说明加到图19中可变色散补偿器各片上电压V1至V21的图形A至D。
图21是按照本发明一个实施例的曲线图，说明图20中电压图形A至D的色散值。
图22是按照本发明一个实施例的补偿量控制器示图。
图23是按照本发明一个实施例的示图，表示图13中自动色散均衡***的改型。
图24是按照本发明一个实施例的示图，表示图13中自动色散均衡***的详细配置。
图25(A)，25(B)，25(C)，25(D)，25(E)，25(F)和25(G)是按照本发明一个实施例的波形图，用于说明图24中自动色散均衡***的运行状态。
图26是按照本发明一个实施例的示图，表示图24中自动色散均衡***的改型。
图27是按照本发明一个实施例的示图，表示一个色散均衡***实例。
图28是按照本发明一个实施例的示图，表示图27中色散均衡***的改型。
具体实施方式
现在详细介绍本发明提到的几个优选实施例，所举实例用附图加以说明，其中相同的参考数字总是表示相同的元件。
图1是计算机模拟结果的曲线图，表示数据信号比特率为40GHz的OTDM信号基带谱中40GHz分量的强度与总色散量之间关系，图2是计算机模拟结果的曲线图，表示数据信号比特率为40GHz的NRZ光信号基带谱中40GHz分量的强度与总色散量之间关系。图3是计算机模拟结果的曲线图，表示数据信号比特率为40GHz的RZ光信号(50％占空比)基带谱中40GHz分量的强度与总色散量之间关系。图4是计算机模拟结果的曲线图，表示数据信号比特率为40GHz的RZ光信号(25％占空比)基带谱中40GHz分量的强度与总色散量之间关系。
图1至图4还展示幅度方向上的眼图张度。在图1至图4中，输入光的平均功率为-5dBm，SMF长度为50km，通过改变与SMF串联的DCF中色散量而使总色散量发生变化。
图5是按照本发明一个实施例的示图，表示产生40Gb/s OTDM信号的光调制器10。现参照图5，光波导14是用，例如热扩散Ti进入LiNbO3衬底12制成，在衬底上形成一个电极图形16(图5中的剖面线所示)，例如用Au制成。因此，光调制器10包括一个输入两个输出的光开关18，两个独立光调制器构成的数据调制器20，相位控制器22，和光学多路复用器24。
图6(A)，6(B)，6(C)，6(D)和6(E)是按照本发明一个实施例的波形图，说明光调制器10的运行状态。
现在参照图5，6(A)，6(B)，6(C)，6(D)和6(E)，若连续光输入到光波导的一个输入两个输出光开关18中，且相移为180°的两个20GHz时钟分量加到两个电极上，则图6(A)和6(B)中所示相位差为180°的光时钟信号从光开关18中输出。然后，这两个信号输入到数据调制器20的两个光调制器中。20Gb/s的数据信号加到两个光调制器中的每一个上，如图6(C)和6(D)所示的RZ信号从数据调制器20中输出。相位控制器22调整光波的相位，使两个光波之间的相位差为180°，这两个光波在光学多路复用器24中组合。由于两个光波之间的相位差为180°，在“1”相继出现的部分，尾部互相抵消，所以，波形接近于一个RZ信号的波形，如图6(E)所示。在相邻位中至少一个为“0”的其余部分其波形接近于一个NRZ信号的波形。
在图3和图4中，对于这两个图所示的RZ信号，可以看出，当总色散量为零时，40GHz分量的强度最大。
与此对照，在图1中，对于此图所示的OTDM信号，可以看出，当总色散量为零时，40GHz分量的强度在眼图张度中最小。类似地，在图2中，对于此图所示的NRZ信号，可以看出，当总色散量为零时，40GHz分量的强度在眼图张度中最小。
作为参考，图7和图8中分别画出OTDM和NRZ信号的光调制信号基带谱。在NRZ情况中，设有40GHz分量，但是从定性的观点推测，40GHz分量的出现是由于色散之后谱的展宽。
对于OTDM信号，受到色散量为-40ps/nm，0，和40ps/nm之后的波形(均衡的波形)分别表示在图9(A)，9(B)和9(C)中。与此类似，对于NRZ信号，受到色散量为-40ps/nm，0，和40ps/nm之后的波形(均衡的波形)分别表示在图10(A)，10(B)和10(C)中，如图所示，对于OTDM和NRZ两种情况，色散(正的和负的)之后波形中心处“1”水平上升，但交叉点水平下降，由此可以看出，强度变化出现的周期等于一个时隙的长度，因而产生40GHz分量。
关于以上第(i)点，可以推断，在传送一个比特率一般用B b/s表示的光信号时，此光信号的B赫兹分量在零色散时为最小，若通过改变可变色散器件的控制点，诸如色散补偿量和信号光波长，能够检测到这样的控制点，其中接收到的光信号中B赫兹分量在眼图张度中为最小，则可以使总色散量为零。除了B赫兹分量以外，其他的频率分量，例如B赫兹的谐波分量，也能用于实现类似的控制。
此外，从图1和图2中显而易见，在OTDM和NRZ两个波形的每一个波形上最小点两侧的对称位置处有两个最大点，即最高峰，所以，在很难检测最小点的情况下，通过检测给出两个最大点的可变色散补偿器件控制点，并取此两个最大点的中点，就可以使总色散量为零。
另外，在n·m bit/s数据信号调制的OTDM信号情况中，此数据信号是由时分多路复用n个RZ信号得到的，每个RZ信号被m bit/s信号幅度调制，可以提取m赫兹分量，控制传输线的总色散量，使m赫兹分量达到最大。能够实现这种控制来取代上述的提取一个n·m赫兹分量，并控制传输线的总色散量而使n·m赫兹分量达到最小。其理由是，构成OTDM信号的每个m bit/s RZ信号含有m赫兹分量，如从图3和图4可以看出，当总色散量为零时，该分量为最大。更具体地说，在此情况下提取n·m赫兹分量或m赫兹分量，并控制传输线的总色散量，使n·m赫兹分量或m赫兹分量分别为最小或最大。
所以，按照本发明的各个实施例，以及从下面更详细的描述中可以看出，本发明提供一个控制传输线中色散的方法和设备。更具体地说，检测通过传输线传播的光信号中某一特点频率分量的强度。此光信号有一条强度与总色散量关系的特性曲线以及相应的眼图张度。例如，见图1和图2。控制传输线的总色散量，使眼图张度中此特定频率分量的强度基本上最小。所以，如图1和图2所说明的，把特定频率分量的强度在眼图张度中减至最小，就使色散量减至最小。
在实际操作中，测量眼图张度是非常困难的，所以很难确定某一特定频率分量的强度在眼图张度中是否实际上已减至最小。因此，实现所要求的控制可能是困难的。
所以，例如参照图1和图2，一个光信号，如OTDM信号或NRZ信号，可以描述成其强度与总色散量关系的特性曲线上至少有两个峰。于是，可以控制传输线的总色散量，使特定频率分量的强度在强度与总色散量关系的特性曲线上两个最高峰之间基本上最小，如图1和图2所示。
关于以上第(iii)点，一个可行方法是，在低频f0下最小值点(或最大值点)周围很小范围内改变总色散量，不断地检测B Hz分量强度处在最小值(或最大值)的点。这个方法的原理在图11和图12中说明。
更具体些，图11是按照本发明一个实施例的示图，用于说明在低频f0下很小范围内改变总色散量的方法中，色散补偿量为最小的情况。图12是按照本发明一个实施例的示图，用于说明色散补偿量偏离最小值的情况。
现参照图11，当色散补偿量处在最小值点(或最大值点)时，B Hz分量强度随时间变化的频率为2×f0，所以，此强度不包含频率f0分量。
当色散补偿量如图12中(b)或(c)所示移位时，根据这个条件，频率f0分量出现在B Hz分量强度随时间的变化中，在(b)与(c)两种情况下此分量的符号相反。此处，我们考虑从B Hz分量强度中检测频率f0分量，并按这样方式加反馈，使总色散量的变化朝着去除频率f0分量的方向。变化的方向可以根据频率f0分量的相位确定。
而且，利用图1至图4所示特性曲线也可以检测总色散量，即，通过检测某一特定频率分量的强度，能够从图1至图4中相关的强度大小确定总色散量。然而，由于特定频率分量强度与总色散量之间不是一一对应关系，通过在给定范围内扫描可变色散器件的控制点测量其特性是必要的。
上述色散均衡方法和色散检测方法不仅适用于时分多路复用***，而且也适用于波分多路复用(WDM)***。就是说，本发明的色散均衡方法和色散检测方法能适用于多路分配不同波长分量之后的每一分量。
图13是按照本发明一个实施例的示图，表示一个自动色散均衡***。现参照图13，来自光发送机30比特率为B b/s的光信号通过光传输线(SMF)30传播，并经过可变色散补偿器34输入到光接收机36。输入到光接收机36的一部分光信号被光耦合器38分解，由光电检测器40转换成电信号。从光电检测器40的输出中，B-Hz分量被中心频率为B Hz的带通滤波器42提取出来，此分量强度由强度检测器44测量。补偿量控制器46控制可变色散补偿器34中的补偿量，其方向是使RZ信号的B-Hz分量达到最大值，或者是使OTDM或NRZ波形的B-Hz分量达到最小值。此处，可变色散补偿器34位于接收端，但是，若放在某些其他位置处，例如放在发送端或线性转发器中，也能完成相同的控制。此外，在OTDM信号多路复用nm b/s RZ信号的情况中，可以使m赫兹分量达到最大值以取代使mn赫兹分量达到最小值。
图14是按照本发明一个实施例的示图，表示图13中发送机30的一个具体实例。现参照图14，在光发送机30中，图5的OTDM调制器10用作产生光信号的光调制器。
在此实例中，两个平行输入的10Gb/s数据信号被并联/串联转换器70转换成一个20Gb/s NRZ信号。这个20Gb/s NRZ信号输入到驱动器72中，得到一个驱动光调制器20的20Gb/s驱动信号。每个光调制器20的输出(20Gb/s RZ光信号)由相位调整器20作相位调整(相移之后光的相位差成180°)，如此调整之后的两个信号被光学多路复用器24(光耦合器)组合在一起，得到一个NRZ形式的40Gb/s光信号，然后，此光信号经光学后置放大器74送出到传输线上。按照本发明一个实施例的光发送机更详细线路图在图16中表示。
图15是按照本发明一个实施例的示图，表示图13中光接收机36的一个具体实例。现参照图15，40Gb/s光信号经可变色散补偿器34，光学前置放大器76，和分束器38输入到光学多路分配器(DEMUX)78中。
图17所示偏振无关光学DEMUX可以用作光学DEMUX78。更具体地说，图17表示按照本发明一个实施例的偏振无关光学DEMUX78结构图。与偏振无关是放置在接收端的光学DEMUX所要求的。为此目的，通过光纤传输之后输入的40Gb/s OTDM信号首先被第一级的交叉波导偏振分束器80按偏振方向分成TE分量和TM分量。此外，交叉长度是优化的，所以能够获得20dB或更大的偏振消光比。其次，利用一个被20GHz正弦信号驱动的1×2开关84，每个模式被光学时分多路分配成20Gb/s RZ光信号。此时，每个1×2开关的两个输出成互补关系。然而，一般说来，在LN开关(调制器)中，TM模的调制效率大于TE模的调制效率。所以，在所述的器件中，在偏振分束之后的TE模式光被半波片82转换成TM模式光，然后再进行光学多路分配。在最后一级上，利用两个偏振光束组合器把相同位序列组合在一起。此处，若相同的TM模式光束组合在一起，就会出现光束干涉，如同在上述OTDM调制器情况一样。所以，未实现TE/TM模式转换的1×2开关84之后有一个实现TE/TM模式转换的半波片88，此后，把两个正交偏振分量的功率进行合成。
再参照图15，从光学DEMUX 78得到的两个20Gb/s RZ光信号中的每一个光信号输入到光电二极管90中，用于转换成电信号，此电信号被前置放大器92放大，由均衡放大器94作波形修整，波形修整后的信号被并联/串联转换器96改变成原先的10Gb/s NRZ数据。此后，此数据被10Gb/s鉴频器(未画出)再现。直到光学多路分配部分的光接收机36更详细线路图表示在，如图18中。
图19是按照本发明一个实施例的可变色散补偿器实例。也参考M.M.Ohm等人，“采用压电堆的可调光纤光栅色散”，OFC’87 TechnicalDigest，WJ3，pp155-156，该文合并在此供参考。
图20是按照本发明一个实施例的曲线图，说明加到图19中可变色散补偿器各片上电压V1至V21的图形A至D。并且，图21是按照本发明一个实施例的曲线图，说明图20中电压图形A至D的色散值。
现在参照图19，20和21，压电元件92附着在二十一(21)片啁啾光纤光栅90的每一片上(见图19)。当电压V1至V21以图20所示梯度加到压电元件上时，沿着光栅90纵向的压力就发生变化，对于图20所示的电压图形A至D，色散值(直线的斜率)的变化如图21所示。
图22是按照本发明一个实施例的补偿量控制器46(见图13)实例。现参照图22，40Gb/s频率分量的强度被A/D转换器94作模数转换，作为数字信号输入到MPU96。MPU96把此时的强度值Ic与先前接收到的贮存在存储器98中强度值Ip进行比较，检验后确定现有的色散量与40Gb/s强度之间的关系究竟是在图2中的X坡度上，还是在Y坡度上。就是说，在X坡度上时，若减少可变色散补偿器34的色散量，则色散量就趋向零(Z点)。在Y坡度上时，若增加可变色散补偿器34的色散量，则色散量就趋向零。所以，当Ic＞Ip时，就假定上述关系是在X坡度上，控制加到图19中可变色散补偿器34的电压，得到使色散量减少的这种V1至V21值，待加到各个压电元件上的电压就经D/A转换器100输出。与此相反，当Ic＜Ip时，就假定上述关系是在Y坡度上，得到使色散量增大的这种V1至V21值，作为控制加到图19中可变色散补偿器34上的电压。
此处，为了得到V1至V21各值，图20和图21所示的数据(此数据代表色散量与V1至V21之间关系)和图2所示的数据(此数据代表40GHz分量的强度与总色散量之间关系)事先贮存在存储器中。然后，确定此关系是在图2所示的X坡度或Y坡度上，从图2所示的数据中得到的此时的色散量Ic。接着，为了减小色散量到Z点处零值，根据此时的色散量Ic确定可变色散补偿器34中补偿所需的色散量Ic’。即，Ic’的确定是使Ic+Ic’＝0。
一旦按照这一方法确定Ic’之后，为了得到Ic’而加到可变色散补偿器34上的电压V1至V21是根据图20和21所示数据确定的。
图23是按照本发明一个实施例的图13中***的改型。现参照图23，图13***中的可变色散补偿器34用可变波长光源48替代，利用信号光波长控制器50控制信号光的波长，使光传输线32的色散量受到控制。
图24是按照本发明一个实施例的图13***另一个实例。现参照图13，振荡器52产生一个低频f0正弦波。振荡器52产生的低频信号在低频叠加电路54中叠加到来自色散补偿量设置电路56的补偿量设置信号上，合成的信号加到可变色散补偿器34中，强度检测器58(例如，平方律检测器)测量从带通滤波器42输出的B Hz分量强度，带通滤波器60从检测器的输出中提取f0分量。带通滤波器60提取的f0分量相位在相位比较电路62中与振荡器52输出的低频信号相位进行比较。根据相位比较电路62的比较结果，色散补偿量设置电路56产生并输出补偿量设置信号。强度检测器58可以采用，例如倍增器，或混频器，或普通的功率检测器。相位比较电路62可以采用，例如倍增器，或混频器，或全波整流器，和低通滤波器。
图25(A)，25(B)，25(C)，25(D)，25(E)，25(F)，和25(G)是按照本发明一个实施例的波形图，用于说明图24所示***的运行状态。更具体地说，图25(A)，25(B)，25(C)，25(D)，25(E)，25(F)和25(G)分别表示图24中(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)和(g)各点处的信号波形。
当色散补偿量从最佳值移向正的一侧时，如图25(A)所示，低频叠加电路54的输出就会如图25(B)所示。当色散补偿量从最佳值移向正的一侧时，在NRZ或OTDM情况下，B Hz分量的强度随色散补偿量的增加而增大(见图1，2和12)，所以，被带通滤波器42提取的B Hz分量幅度在频率f0处发生变化，如图25(c)所示。
当检测到那个分量的强度时(见图25(D))，提取f0分量(见图25(E))，合成的信号与从振荡器52输出的低频信号同相(见图25(F))。因此，相位比较电路62输出一个正的信号(见图25(G))。
把反馈控制按这样的方式加到正的输出信号上，使色散补偿量设置电路56输出的色散补偿量控制信号减小(见图25(A))，就使色散补偿量接近于最佳值。当色散补偿量低于最佳值时，带通滤波器60的输出与振荡器52的输出反相，从相位比较电路62输出一个负电压。
所以，把反馈控制按这样的方式加到负的输出信号上，使色散补偿量信号增大，就会使色散补偿量向着最佳值变化。在RZ信号情况下，色散补偿量的变化方向应该与上述方向相反。
图26是按照本发明一个实施例的图24中***的改型。与图23所示为图13的改型一样，除了可变色散补偿器34的色散补偿量控制用可变波长光源48的波长控制替代以外，图26与图24相同。
然而，这个方法要求，在接收端从相位比较中得到的检测信号传送到发送端。可以通过以下方法达到这一要求，例如，分别提供低速线，或在相反方向传播的信号中载有信息。
图27是按照本发明一个实施例的色散均衡***另一实例。以前实例的情况是，在允许***运行的同时实现色散值控制。与此对照，在图27中，在自动色散均衡控制已大大地偏离开最佳值情况下，控制是在起动***时或重新起动***时加上的，或者故意中断***的运行完成色散量优化。
可变色散补偿器34的色散补偿量是在很宽的范围内被扫描，在完成扫描的同时从强度检测器44输出中检测B Hz分量的变化。如前所述，通过B Hz分量的强度特性与图1至图4所示特性的比较，能够测出总色散量。在RZ信号情况下，记录下B Hz分量处在最大时的色散补偿量，在扫描补偿量之后，在起动***运行之前把色散补偿量设定到记录值。在OTDM或NRZ波形情况下，例如，记录下B Hz分量处在最大时的两个色散补偿量，在扫描补偿量之后，色散补偿量设定在两个值的中点。
图28是按照本发明一个实施例的图27中***的改型。除了图27中可变色散补偿器34的扫描和设置用可变波长光源48的波形扫描和设置替代以外，此改型与图27所示相同。
所以，按照本发明的各个实施例，提供了一个控制光纤传输线中色散量的方法和设置。更具体些说，检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度。此光信号有一条强度与总色散量关系的特性曲线以及相应的眼图张度。控制传输线的总色散量，使特定频率分量强度在眼图张度中基本上最小。因此，总色散量就如图1和图2所示的减至最小。
而且，按照本发明的各个实施例，通过传输线传播的各种类型光信号可以描述成其强度与总色散量关系的特性曲线上至少有两个峰。于是，可以控制传输线的总色散量，使强度与总色散量关系的特性曲线上两个最高峰之间特定频率分量的强度基本上最小，例如，如图1和图2所示。
虽然，最好是使特定频率分量的强度在眼图张度中减至最小，但在某些情况下，只要使强度处在眼图张度内就可以了。例如，在某些***中，可以认为对应于强度处在眼图张度内的总色散量是相对低的。所以，参照图1和图2，只要使强度保持在强度与总色散量关系的特性曲线上眼图张度内的那些点上，就能够控制总色散量。
所以，按照本发明的各个实施例，检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度。此光信号有一条强度与总色散量关系的特性曲线以及相应的重叠眼图张度。控制传输线的色散量，使特点频率分量的强度是在强度与总色散量关系的特性曲线上眼图张度内的那些点上。
此外，替代控制色散以控制某一特定频率分量的强度，可以简单地直接控制特定频率分量的强度。例如，可以控制此强度，使检测到的强度在眼图张度中基本上最小。
而且，如前所述，测量眼图张度往往是很困难的。所以，可以控制特定频率分量的强度，使强度与总色散量关系的特性曲线上两个最高峰之间特定频率分量的强度基本上最小。
如上所述，按照本发明的各个实施例，监测和控制如NRZ和OTDM波形光信号的传输线色散是可能的，此光信号的时钟分量在零色散时最小，能够在不中断***运行时控制传输线色散。
所以，按照本发明的各个实施例，控制一个光信号的传输线色散，此光信号的时钟分量强度在零色散时不变为最大，如在NRZ信号或在OTDM信号情况，在后一情况下多个RZ信号被时分多路复用且其尾部互相重叠。
所以，按照本发明的各个实施例，控制传输线中色散，此传输线中传播一个被数据信号调制的光信号。更具体地说，检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度。控制传输线的总色散量，使检测到的特定频率分量强度在眼图张度中最小。
另外，按照本发明的各个实施例，提供一个检测传输线色散量的设备和方法，此传输线中传播一个被数据信号调制的光信号。更具体地说，从通过传输线传播的光信号中检测某一特定频率分量的强度。根据测得的特定频率分量强度确定传输线的总色散量。
此外，按照本发明的各个实施例，n·m bit/s数据信号调制的时分多路复用光信号通过光纤传输线传播，此数据信号是从时分多路复用n个光信号得到的，每个光信号被m bit/s数据信号幅度调制。从光纤传输线中得到的时分多路复用光信号中提取n·m赫兹或m赫兹分量。使光纤传输线中色散可变，因此提取的n·m赫兹或m赫兹分量分别展示一个最小值或最大值。
按照本发明的各个实施例，特定频率分量的强度“基本上”是最小。最好是使强度在实际的最小值上。然而，实际上往往很难使特定频率分量的强度绝对地最小。所以，在大多数情况下，若特定频率分量的强度大于或等于最小值和小于或等于最小值的120％，就认为此强度基本上最小。最好是，应当控制特定频率分量的强度，使它大于或等于最小强度和小于或等于最小强度的110％。
虽然已经展示和描述了本发明的几个实施例，那些专业人员能够理解，在这些实施例中可以作些改动而不偏离本发明的原理和精神实质，本发明的范围规定在权利要求书及相关的文件中。

Claims (27)

1.一种控制传输线中色散量的方法，包括下述步骤：
检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度，包含该特定频率分量的该光信号有一个强度与总色散量关系的特性曲线，该特性曲线上至少有两个峰；和
控制传输线的总色散量，使得检测到的该特定频率分量的强度取所述强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰之间的强度值中的最小值，从而使所述传输线的总色散量最小化。
2.按照权利要求1的方法，其中该光信号被比特率为B bit/s的数据信号所调制，且所述特定频率分量是该光信号的B赫兹分量。
3.按照权利要求2的方法，其中控制步骤包括：
响应于检测到的该特定频率分量的强度，通过改变影响传输线的色散量的可变色散补偿器的色散值来控制传输线的总色散量。
4.按照权利要求1的方法，其中控制步骤包括：
响应于检测到的该特定频率分量的强度，通过改变***该传输线的可变色散补偿器的色散值来控制传输线的总色散量。
5.按照权利要求1或2的方法，其中传输线包含一个可变波长的光源，用于改变光信号的波长，并且控制步骤包括：
响应于检测到的该特定频率分量的强度，通过改变该光源的可变波长来控制传输线的总色散量。
6.按照权利要求1或2的方法，其中光信号是一个非归零信号。
7.按照权利要求1或2的方法，其中光信号是一个光学时分多路复用信号，该光学时分多路复用信号中多路复用了多个归零信号，所述多个归零信号有互不相同的光波相位和数据信号相位，并具有互相重叠的尾部。
8.按照权利要求1或2的方法，其中控制步骤包括：
根据检测到的特定频率分量的强度，连续地控制总色散量。
9.按照权利要求8的方法，其中控制步骤还包括：
把一个低频信号叠加到一个用于控制总色散量的控制信号上；
从指示检测到的特定频率分量的强度的信号中提取一个与所述低频信号频率相同的频率分量；
把提取到的频率分量的相位与低频信号的相位进行比较；以及
根据相位比较的结果，产生所述控制信号。
10.按照权利要求1的方法，其中控制步骤还包括：
把一个低频信号叠加到一个用于控制总色散量的控制信号上；
从指示检测到的特定频率分量的强度的信号中提取一个与所述低频信号频率相同的频率分量；
把提取到的频率分量的相位与低频信号的相位进行比较；以及
根据相位比较的结果，产生所述控制信号。
11.按照权利要求1的方法，其中，将总色散量设置在两个控制点之间的中点处，这两个控制点提供所述强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰。
12.按照权利要求11的方法，其中控制步骤包括：
扫描总色散量；和
根据扫描期间检测到的特定频率分量的强度找到总色散量的一个控制点。
13.按照权利要求1的方法，其中通过使特定频率分量的强度大于或等于该特定频分量的最小强度并且小于或等于该特定频率分量的最小强度的110％而使之最小化。
14.按照权利要求1的方法，还包括步骤：
根据检测到的特定频率分量的强度，确定传输线的总色散量。
15.按照权利要求14的方法，其中光信号被比特率为B bit/s的数据信号所调制，且所述特定频率分量是该光信号的B赫兹分量。
16.一种控制传输线中色散的设备，包括：
光检测器，它检测通过传输线传播的光信号中某一特定频率分量的强度，包含该特定频率分量的该光信号的强度与总色散量关系的特性曲线上至少有两个峰；和
控制器，控制传输线的总色散量，使得检测到的该特定频率分量的强度取所述强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰之间的强度值中的最小值，从而使所述传输线的总色散量最小化。
17.按照权利要求16的设备，其中光信号被比特率为B bit/s的数据信号所调制，所述特定频率分量是该光信号的B赫兹分量。
18.按照权利要求16或17的设备，其中所述传输线包含一个具有可控色散值的可变色散补偿器；响应于检测到的该特定频率分量的强度，所述控制器通过改变该可变色散补偿器的色散值来控制所述传输线的总色散量。
19.按照权利要求16或17的设备，其中所述传输线包含一个具有可变波长的光源，它用于改变光信号的波长；响应于检测到的该特定频率分量的强度，所述控制器通过改变所述光源的可变波长来控制传输线的总色散量。
20.按照权利要求16或17的设备，其中所述光信号是一个不归零信号。
21.按照权利要求16或17的设备，其中光信号是一个光学时分多路复用信号，该光学时分多路复用信号中多路复用了多个归零信号，所述多个归零信号有互不相同的光波相位和数据信号相位，且有互相重叠的尾部。
22.按照权利要求16或17的设备，其中所述控制器根据检测到的特定频率分量的强度连续地控制总色散量。
23.按照权利要求16或17的设备，其中控制器包括：
可变色散补偿器，它有一个按供给可变色散补偿器的控制信号而变化的色散值，以控制总色散量；
低频叠加电路，把一个低频信号叠加到控制信号上；
提取电路，从检测到的特定频率分量中提取一个与所述低频信号频率相同的频率分量；
相位比较器，把提取到的频率分量的相位与所述低频信号的相位进行比较；以及
控制信号发生器，根据相位比较的结果，产生控制总色散量的控制信号。
24.按照权利要求16的设备，其中所述特定频率分量的强度在光信号的强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰之间的中点处最小。
25.按照权利要求16的设备，其中通过使特定频率分量的强度大于或等于该特定频率分量的最小强度并且小于或等于该特定频率分量的最小强度的110％而使之最小化。
26.一种传送光信号的方法，包括下述步骤：
通过光纤传输线传送一个用n·m bit/s的数据信号调制的时分多路复用光信号，此数据信号通过时分多路复用n个分别被mbit/s数据信号幅度调制的光信号得到，既包含n·m赫兹频率分量又包含m赫兹频率分量的该时分多路复用光信号的强度与总色散量关系的特性曲线上至少有两个峰；和
执行以下两步之一：
(a)从通过光纤传输线传播之后的所述时分多路复用光信号中检测所述n·m赫兹频率分量，并控制光纤传输线的总色散量，使得检测到的n·m赫兹频率分量的强度取所述强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰之间的强度值中的最小值，从而使所述光纤传输线的总色散量最大化；
(b)从通过光纤传输线传播之后的所述时分多路复用光信号中检测所述m赫兹分量，然后控制光纤传输线的总色散量，使得检测到的m赫兹分量的强度最大化。
27.一种传送光信号的设备，包括：
发送机，它通过光纤传输线传送一个用n·mbit/s的数据信号调制的时分多路复用光信号，此数据信号通过时分多路复用n个分别被m/bits数据信号幅度调制的光信号得到，既包含n·m赫兹频率分量又包含m赫兹频率分量的该时分多路复用光信号的强度与总色散量关系的特性曲线上至少有两个峰；和
用于执行以下两项操作之一的控制器：
(a)从通过光纤传输线传播之后的时分多路复用光信号中检测所述n·m赫兹频率分量，并控制光纤传输线的总色散量，使得检测到的n·m赫兹频率分量的强度取所述强度与总色散量关系的特性曲线上的两个最高峰之间的强度值中的最小值，从而使所述光纤传输线的总色散量最小化；
(b)从通过光纤传输线传播之后的时分多路复用光信号中检测所述m赫兹频率分量，然后控制光纤传输线的总色散量，使得检测到的m赫兹频率分量的强度最大化。
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