偏振解复用装置、偏振复用光通信系统及实现方法

摘要

本发明公开了一种偏振解复用装置，包括第一波片装置、第二波片装置和偏振分波装置，第一波片装置用于将输入偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号；第二波片装置用于改变线偏振复用信号使其与后面的偏振分波装置的主轴对准；偏振分波装置用于将偏振复用信号分离成第一个偏振信号输出和第二个偏振信号输出。本发明还提供了采用上述偏振解复用装置的偏振复用光通信系统及实现方法。本发明简化了偏振解复用装置的结构，相应地降低了进行偏振控制的复杂度，提高了偏振解复用装置的响应效率，同时，通过第二波片装置调整偏振信道信号与两个偏振起偏器主轴的角度，消除了PDL等引起的偏振信道正交性被破坏而导致的偏振信道间串扰。

权利要求

1.偏振解复用装置，其特征在于包括依次设置在该装置的光通路中的：

第一波片装置，用于将输入偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号；

第二波片装置，用于改变经第一波片装置输出的线偏振复用信号的偏振态，使其与后面的偏振分波装置的主轴对准；

偏振分波装置，用于将经第二波片装置输出的偏振复用信号分离成第一个偏振信号输出和第二个偏振信号输出；

还包括设置在第一、第二波片装置之间的一分二分光器，所述第一波片装置为一个1/4波片，且输入偏振态任意的偏振复用信号经过该1/4波片变成线偏振复用信号后输出至分光器的输入端，所述第二波片装置由第一、第二两个半波片组成且经分光器输出的第一、第二两路线偏振复用信号分别输出至所述第一、第二两个半波片，所述偏振分波装置由第一、第二偏振起偏器组成，第一路线偏振复用信号经所述第一半波片改变该信号的偏振方向，使该路信号中的第二偏振信道信号与所述第一偏振起偏器的起偏方向正交，由所述第一偏振起偏器输出第一偏振信道信号；第二路偏振复用信道信号经第二半波片改变该信号的偏振方向，使该路信号中的第一偏振信道信号与所述第二偏振起偏器的起偏方向正交，由第二偏振起偏器输出第二偏振信道信号。

2.如权利要求1所述的偏振解复用装置，其特征在于所述第一波片装置为一个1/4波片，所述第二波片装置为一个半波片，所述偏振分波装置为一个偏振分束器。

3.偏振复用光通信系统，包括发送端和接收端，所述发送端设有一个偏振合束器，用于将第一、第二两个正交的偏振信号合波成偏振复用信号输出，其特征在于所述接收端设有一个权利要求1或2所述的偏振解复用装置，用于将偏振复用信号分离成两个第一、第二偏振信号输出，所述发送端还包括一个相移键控装置，用于将第一或第二偏振信号加入导频信号。

4.如权利要求3所述的偏振复用光通信系统，其特征在于还包括一个反馈控制功能模块，该反馈控制功能模块接收偏振复用光通信系统输出端的输出信号并根据该输出信号控制偏振解复用装置中的第一、第二波片装置调整偏振复用信号的偏振态。

5.偏振复用光通信系统实现方法，其特征在于包括如下步骤：

A10、在该系统的发送端，将第一、第二偏振信号的偏振方向调制成相互正交的两束偏振信号；

A20、在第一或第二偏振信号上添加导频信号；

A30、将添加了导频信号的偏振信号与另一偏振信号复用在一起成为偏振复用信号，经光纤线路送往接收端；

A40、在该系统的接收端，用1/4波片将输入偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号；

A50、将线偏振复用信号分成两路且第一路信号通过第一半波片改变该信号的偏振方向，使第一路信号的第二偏振信道信号与其后面的第一个偏振起偏器的起偏方向正交，从而由第一偏振起偏器输出第一偏振信道信号；第二路信号通过第二半波片改变该信号的偏振方向，使第二路信号中的第一偏振信道信号与其后面的第二偏振起偏器的起偏方向正交，从而由第二偏振起偏器输出第二偏振信道信号。

6.如权利要求5所述的偏振复用光通信系统实现方法，其特征在于1/4波片和第一、第二半波片根据反馈控制功能模块接收到的该系统输出端的输出信号调整偏振复用信号的偏振态。

说明书

偏振解复用装置、偏振复用光通信系统及实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光通信系统领域，特别是涉及偏振解复用装置、偏振复用光通信系统及实现方法。

背景技术

[0002] 本发明中所用到的技术术语含义如下：

[0003] WDM，Wavelength Division Multiplexing，波分复用；

[0004] PDM，Polarization Division Multiplexing，偏振复用；

[0005] PC，Polarization Controller，偏振控制器；

[0006] PDD，Polarization Demultiplexing Device，偏振解复用器；

[0007] PBC，Polarization Beam Combiner，偏振合束器；

[0008] PBS，Polarization Beam Separator，偏振分束器；

[0009] QWP，Quarter Wave Plane，1/4波片；

[0010] HWP，Half Wave Plane，半波片；

[0011] PMD，Polarization Mode Dispersion，偏振模色散；

[0012] PDG，polarization Mode Gain，偏振相关增益；

[0013] PDL，Polarization Dependent Loss，偏振相关损耗；

[0014] ASK，Amplitude Shift Keying，幅移键控；

[0015] 为了提高WDM系统的效率，人们使用了两种偏振相关的传输技术：偏振复用(PDM)技术和偏振交错技术，偏振复用是利用同一波长的两个偏振态相互正交的光波分别承载数据，利用该技术可以使光通信系统的传输容量加倍。偏振交错技术是使相邻波长信号的偏振态相互正交，利用该技术可以抑制信道间的串扰。

[0016] 基于偏振复用技术的光通信系统通常包括两个功能模块，一是发送端的偏振复用模块，一般由偏振合束器(PBC)实现；一是接收端的偏振解复用模块，分电域和光域两种解决方案。电域解决方案的优点是可以借助高速数字信号处理装置来进行偏振相关效应的补偿，而光域解决方案的优点是与数据速率无关，无须增加高速数字信号处理装置，因而成本较低，应用较多。如图1所示，目前光域的偏振解复用方案主要由偏振控制器(PC)和偏振分束器(PBS)构成。偏振控制器的基本结构如图2所示，经过光纤传输的偏振复用信号，其偏振态是随机变化的，第一个1/4波片(QWP)的作用是使偏振复用信号变成线偏振光信号；半波片(HWP)的作用是改变线偏振光信号的偏振方向；第二个1/4波片的作用是控制输出信号变成所期望的偏振态。偏振控制器的输出经普通单模光纤送入偏振分束器，由偏振分束器将两个偏振复用信道分离后，分别由接收机RX1、RX2处理。通过监测信号的性能，反馈控制电路对偏振控制器进行控制，使偏振控制器的输出信号的偏振态满足要求。图1中监测信号可以取自接收机，或者只取自PBS的一个输出端口。但是，由于偏振控制器用途很多，可以用于偏振模色散补偿、偏振解复用等，甚至可以用作扰偏器，因此，当偏振控制器用于偏振解复用时，其结构则显得较为复杂。具体来说，由于偏振解复用装置后面的偏振分束器的输入信号只要求是线偏振光信号，因此，通过第一个1/4波片和半波片就能满足，所以该结构中的第二个1/4波片是可以省去，这样还能相应降低控制的复杂度，从而提高响应效率。

[0017] 再者，利用图1所示的方案进行偏振解复用的隐含前提是：发送端进入光纤的偏振复用信号(由两个偏振态相互正交的光信号组成)，经过光纤的传输之后，进入PC的偏振复用信号中的两个偏振光依然是正交的。这样的光信号经过PC调整偏振态后，才能被PBS分离成两路无串扰的偏振信号，供后面的接收机接收。但实际上，由于系统中光纤和器件(如掺铒光纤放大器)的偏振效应，输入光纤的两个偏振光在输出时正交性会受到一定程度的破坏，从而形成偏振信道串扰。因此，利用这种方案进行偏振解复用，系统性可能会因为偏振信道串扰而降低。

[0018] 综上，由于PC不是专为偏振解复用设计的，导致PC的结构复杂，控制难度高、影响了响应效率，而且由于偏振光在输出时正交性受到一定程度的破坏从而形成偏振信道串扰。

发明内容

[0019] 本发明所要解决的技术问题是解决偏振复用光通信系统中控制难度高、响应效率低、容易出现偏振信道串扰的问题。

[0020] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种偏振解复用装置，包括依次设置在该装置的光通路中的第一波片装置、第一波片装置和偏振分波装置，第一波片装置用于将输入偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号；第一波片装置用于改变经第一波片装置输出的线偏振复用信号的偏振态，使其与后面的偏振分波装置的主轴对准；偏振分波装置用于将经第二波片装置输出的偏振复用信号分离成第一个偏振信号输出和第二个偏振信号输出。

[0021] 上述偏振解复用装置中，所述第一波片装置为一个1/4波片，所述第二波片装置为一个半波片，所述偏振分波装置为一个偏振分束器。

[0022] 还包括设置在第一、第二波片装置之间的一分二分光器，所述第一波片装置为一个1/4波片且输入偏振态任意的偏振复用信号经过该1/4波片变成线偏振复用信号后输出至分光器的输入端，所述第二波片装置由第一、第二两个半波片组成且经分光器输出的第一、第二两路线偏振复用信分别输出至所述第一、第二两个半波片，所述偏振分波装置由第一、第二偏振起偏器组成且经第一半波片输出的第一路偏振复用信号输出至所述第一偏振起偏器、第二半波片输出的第二路偏振复用信号输出至所述第二偏振起偏器。

[0023] 第一个半波片输出的第一路偏振复用信号中的第二个偏振信道信号与其后面的第一个偏振起偏器的起偏方向正交；第二个半波片输出的第二路偏振复用信号中的第一个偏振信道信号与其后面的第二偏振起偏器的起偏方向正交。

[0024] 本发明还提供了一种偏振复用光通信系统，包括发送端和接收端，发送端设有相移键控装置和一个偏振合束器，偏振合束器用于将第一、第二两个正交的偏振信号合波成偏振复用信号输出，相移键控装置用于将第一或第二偏振信号加入导频信号。接收端设有一个前述的偏振解复用装置，用于将偏振复用信号分离成两个第一、第二偏振信号输出；接收端还包括一个反馈控制功能模块，该反馈控制功能模块接收偏振复用光通信系统输出端的输出信号并根据该输出信号控制偏振解复用装置中的第一、第二波片装置调整偏振复用信号的偏振态。

[0025] 本发明还提供了一种偏振复用光通信系统实现方法，包括如下步骤：

[0026] A10、在该系统的发送端，将第一、第二偏振信号的偏振方向调制成相互正交的两束偏振信号；

[0027] A20、在第一或第二偏振信号上添加导频信号；

[0028] A30、将添加了导频信号的偏振信号与另一偏振信号复用在一起成为偏振复用信号，经光纤线路送往接收端；

[0029] A40、在该系统的接收端，用1/4波片将输入偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号；

[0030] A50、将线偏振复用信号分成两路且第一路信号通过第一半波片改变该信号的偏振方向，使第一路信号的第二个偏振信道信号与其后面的第一个偏振起偏器的起偏方向正交，从而由第一偏振起偏器输出第一偏振信道信号；第二路信号通过第二半波片改变该信号的偏振方向，使第二路信号中的第一偏振信道信号与其后面的第二偏振起偏器的起偏方向正交，从而由第二偏振起偏器输出第二偏振信道信号。

[0031] 在上述偏振复用光通信系统实现方法中，1/4波片和第一、第二半波片根据反馈控制功能模块接收到的该系统输出端的输出信号调整偏振复用信号的偏振态。

[0032] 本发明，简化了偏振解复用装置的结构，相应地降低了进行偏振控制的复杂度，提高了偏振解复用装置的响应效率，同时，通过第一、第二两个半波片调整偏振信道信号与第一、第二偏振起偏器的主轴的角度，消除了PDL等引起的偏振信道正交性被破坏而导致的偏振信道间串扰。

附图说明

[0033] 图1现有偏振解复用装置的光域解决方案示意图；

[0034] 图2现有的偏振控制器基本结构示意图；

[0035] 图3本发明中的偏振解复用装置实施例一示意图；

[0036] 图4本发明中的偏振解复用装置实施例二示意图；

[0037] 图5本发明消除偏振串扰的示意图；

[0038] 图6本发明中的偏振复用光通信系统示意图。

具体实施方式

[0039] 为了解决偏振复用光通信系统控制难度高、响应效率低、容易出现偏振信道串扰的问题，本发明提供了一种用在该系统接收端的偏振解复用装置，包括依次设置在该装置的光通路中的：

[0040] 第一波片装置，用于将输入偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号；

[0041] 第二波片装置，用于改变经第一波片装置输出的线偏振复用信号的偏振态，使其与后面的偏振分波装置的主轴对准；

[0042] 偏振分波装置，用于将经第二波片装置输出的偏振复用信号分离成正交的第一个偏振信号输出和第二个偏振信号输出。

[0043] 上述偏振解复用装置有以下两种具体实施例，图3为实施例一的示意图，如图3所示，在本实施例中，第一波片装置为一个1/4波片，第二波片装置为一个半波片，偏振分波装置为一个偏振分束器。本偏振解复用装置接收到的偏振复用信号Input包含第一、第二两个偏振信道的信号，1/4波片用以将输入的偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号，半波片用以改变该线偏振复用信号的偏振态，将经1/4波片输出的线偏振复用信号的偏振态旋转使与后面的偏振分束器的主轴对准，偏振分束器将经过半波片处理后的偏振复用信号分离成具有第一偏振态的第一偏振信道信号OutputA，以及与第一偏振态正交的第二个偏振信道信号OutputB。同样是实现偏振解复用，本实施例同现有的偏振控制器相比，省略了第二个1/4波片，因此简化了偏振解复用装置的结构，相应地降低了进行偏振控制的复杂度，提高了偏振解复用装置的响应效率。

[0044] 虽然实施例一通过一种非常简单的结构实现了偏振解复用，但是在实际应用中，由于系统中光纤和器件(如掺铒光纤放大器)的偏振效应，输入光纤的两个偏振光在输出时正交性会受到一定程度的破坏，从而形成偏振信道串扰，影响光纤系统的使用。为此，本发明提供了第二种偏振解复用装置实施例，如图4所示，该偏振解复用装置包括一个1/4波片QWP、第一半波片HWPA、第二半波片HWPB、第一起偏器PolarizerA、第二起偏器PolarizerB以及设置在1/4波片和第一、第二半波片之间的一分二分光器，1/4波片用以将输入偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号，该线偏振复用信号能过一分二分光器分成两路，第一路进入第一半波片改变该信号的偏振方向，使该路信号中的第二个偏振信道信号与后面的第一偏振起偏器的起偏方向正交，从而由第一偏振起偏器输出第一偏振信道信号；第二路信号进入第二半波片改变其该信号的偏振方向，使第一偏振信道信号与后面的第二偏振起偏器的起偏方向正交，从而由第二偏振起偏器输出第二个偏振信道信号。

[0045] 实施例二的工作原理如下：设接收到的偏振复用信号为Input，该Input信号包含第一、第二两个偏振信道的信号，QWP将偏振态任意的Input信号变成线偏振光信号，QWP的输出分成两路B1和B2，可以用1∶2的分光器实现，B1进入HWPA，以改变信号的偏振方向，HWPA的输出C1具有如下特点：即C1中的第二个偏振信道信号与PolarizerA的起偏方向正交，因此，PolarizerA仅输出第一个偏振信道信号OutputA；B2进入第HWPB，HWPB的输出C2具有如下特点：即C2中的第一个偏振信道信号与PolarizerB的起偏方向正交，因此PolarizerB仅输出第二个偏振信道信号OutputB。图中虚箭头线为外部提供的对PDD工作进行控制的控制信号。

[0046] 第二个实施例的关键是通过HWPA和HWPB调整偏振信道信号与第一、第二偏振起偏器主轴的角度，以消除PDL等引起的偏振信道正交性被破坏而导致的偏振信道间串扰。以下结合图5对其进行详细的解释。

[0047] 在偏振复用系统的发送端，经过偏振复用后形成偏振复用信号，该信号由两个偏振态正交的信号P、S组成(如图5a所示)，分别由第一偏振信道和第二偏振信道承载。为简化说明而又不失一般性，可认为偏振复用信号经过的光纤及各种器件的PDL效应的两轴分别为X和Y，其中X轴上有衰耗而Y轴上无衰耗，P和S在两轴上的投影分别为Px、Py和Sx、Sy。

[0048] 当偏振复用信号经过传输后，在PDL效应的影响下，P信号变成P′，S信号变成S′，它们在两轴上的投影分别为P′x、P′y和S′x、S′y(如图5b所示)。由于X轴上的衰耗，所以P′x＜Px、S′x＜Sx；同理有P′y＝Py、S′y＝Sy。不难看出，这导致P′和S′之间没有了正交性。偏振控制器虽然可以控制偏振态，调整偏振方向，但无法修复这种对正交性的破坏。而PBS只能做到无串扰地分离两路正交偏振的信号，如果输入信号不具有正交性，其在分离时必然会产生偏振串扰，也就造成一个信道的信号的一部分因为器件的隔离性等各方面原因出现在另一个信道上。因此，图3中所示的PDD中其PBS的输出信号携带了偏振串扰。

[0049] 而利用图4所示的PDD，则可以消除上面的串扰。在图4所示的PDD中，收到的偏振复用信号经QWP后变成线偏振复用信号，该线偏振复用信号由分光器分成两路B1、B2，并通过HWPA调整B1的偏振方向，使HWPA的输出C1中，S′与PolarizerA的起偏方向正交(如图5c所示)。显然，PolarizerA的输出OutputA只是P′在起偏方向上的投影，S′在其上的投影为0，所以不会有S′的串扰。同样，如图5d所示，使HWPB的输出C2中，P′与PolarizerB的起偏方向正交，这样PolarizerB的输出OutputB只是S′在起偏方向上的投影，不会有P′的串扰。

[0050] 由以上的分析可知，本发明实施例二的技术方案提高了偏振解复用的性能，消除因为偏振复用信号正交性被破坏而导致的偏振信道串扰。

[0051] 上述两种偏振解复用器方案中，波片的具体实现技术有多种，包括但不限于晶体波片、光纤线圈、光纤挤压等，由控制信号来控制这些波片的工作。

[0052] 本发明还提供了一种偏振解复用光通信系统，如图6所示，包括发送端和接收端，所述发送端设有一个偏振合束器PBC，该PBC将第一、第二两个正交的偏振信号合波成偏振复用信号输出，所述接收端设有一个偏振解复用装置PDD和一个反馈控制功能块，PDD将偏振复用信号分离成两个正交的第一、第二偏振信号输出。在系统的发送端，经过幅移键控装置(ASK)调制后的第一偏振信号和第二偏振信号的偏振方向相互正交，两者由偏振合束器(PBC)复用在一起，成为偏振复用信号，送往接收端。为了进行偏振解复用，在发送端进行偏振复用时，采用适当的标记方法(如在其中一路偏振信号上加导频，或者使两路偏振信号在功率等特征上产生差异等)，以使接收端进行偏振解复用时可以识别出两路偏振信号。在本实施例中，第二偏振信号在进入PBC前，先用1MHz的导频信号进行相移键控调制(PM)。本系统中的PDD包括第一波片装置、第二波片装置和偏振分波装置，第一波片装置将输入偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号；第二波片装置改变经第一波片装置输出的线偏振复用信号的偏振态，使其与后面的偏振分波装置的主轴对准；偏振分波装置将经第二波片装置输出的偏振复用信号分离成正交的第一个偏振信号输出和第二个偏振信号输出。偏振复用信号经光纤传输到PDD后，PDD采用上述原理将偏振态任意的输入信号Input，解复用成第一偏振信道信号OutputA和第二偏振信道信号OutputB，反馈控制功能块根据监测到的信号进行处理，输出控制信号去控制PDD的工作，监测信号可以取自偏振解复用装置输出端的光路，也可以取自经接收机RX1和/或RX2处理的电域。在接收端，从PDD之后的光路上分取少量光(比如可使用5∶95的分光器)，经过相位解调和光电转换后，按照一定算法去控制PDD工作(比如：使PDD中PolarizerA输出光中的导频信号为最小，PolarizerB输出光中的导频信号为最大)，控制PDD工作的方法采用现有技术实现。

[0053] 本发明还提供了上述偏振复用光通信系统实现方法，包括以下步骤：

[0054] A10、在该系统的发送端，将第一、第二偏振信号的偏振方向调制成相互正交的两束偏振信号；

[0055] A20、通过相移键控方法在第一或第二偏振信号上添加上1MHz的导频信号；

[0056] A30、将添加了导频信号的偏振信号与另一偏振信号复用在一起成为偏振复用信号，经光纤线路送往接收端；

[0057] A40、在该系统的接收端，用1/4波片将输入偏振态任意的偏振复用信号变成线偏振复用信号；

[0058] A50、将线偏振复用信号分成两路且第一路信号通过第一半波片改变该信号的偏振方向，使第一路信号的第二个偏振信道信号与其后面的第一个偏振起偏器的起偏方向正交，从而由第一偏振起偏器输出第一偏振信道信号；第二路信号通过第二半波片改变该信号的偏振方向，使第二路信号中的第一偏振信道信号与其后面的第二偏振起偏器的起偏方向正交，从而由第二偏振起偏器输出第二偏振信道信号。

[0059] 在上述步骤中，1/4波片和第一、第二半波片根据反馈控制功能模块接收到的该系统输出端的输出信号调整偏振复用信号的偏振态。

[0060] 本发明不局限于上述最佳实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。