按光信号功率优化光纤传输线中色散的方法和装置本申请是中国专利申请号98108705.1一案的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种方法和装置，用于按光纤传输线内传播的光信号
功率来优化光纤传输线的色散。更具体说，本发明涉及一种方法和装
置，它令光纤传输线上某特定点的色散为零，然后按光信号功率在该
特定点的下行方向添加色散，使总色散优化。
背景技术
采用光纤传输线的光传输系统被用来传送颇为大量的信息。例如，
10Gb/s的光传输系统现已实际装备在干线光通信中。然而，由于用
户要求快速传送更大量的信息，因此要求进一步增加光传输系统的能
力。
正在考虑选用时分多路复用(TDM)(包括光学时分多路复用(OTDM)
和波分多路复用(WDM)作为这类高能力的光传输系统。例如关于TDM
技术，全球研究的很大部分都在进行40Gb/s系统的研究。
色散(群速度色散(GVD))是限制40Gb/s系统传输距离的因素之一。
因为色散容限反比于比特率的平方，在10Gb/s时的色散容限大约是
800ps/nm，在40Gb/s时要减小16倍，大约减小至50ps/nm。
例如，在被测试验中，信号光波长为1.55μm(此时石英光纤中的
传输损耗是最低的)的光学时分多路复用(OTDM)信号，通过一单模光
纤(SMF)传送50km的距离。SMF有一零色散波长，此波长是1.3μm。
这种SMF是全球最广泛安装的那种光纤。输入的信号光功率是+3dBm，
比特率是40Gb/s。用色散补偿光纤(DCF)进行色散补偿。为保持功率
代价(光信号接收灵敏度经传输而降低)在1dB范围内(色散补偿容
限)，允许的色散补偿值范围的宽度是30ps/nm。此值换算成具有色
散值为18.6ps/nm/km的SMF的长度，是2km或短于2km。
还有，在一个地面系统中，中继器的距离是不均匀的。因此，对
每个中继段都必须作十分精确的色散补偿。
另一方面，传输线中的色散会因例如温度的变化而随时间改变。
例如对50km长的SMF传输，当温度在-50至100℃间变化时，传输线
色散的变化量可估算如下：
(传输线零色散波长的温度依赖性)×(温度变化)×(色散斜率)×
(传输距离)＝0.03nm/℃×150℃×0.07ps/nm 2/km×50km＝16ps/nm。
此值比30ps/nm的色散容限的一半还大，因此在系统设计时不能
忽略。
在上述被测试验中，如果系统启动时，色散补偿量已按-50℃优化，
随后在系统工作时假定温度升至100℃，那么1dB代价判据不可能被
满足(情况更坏的条件)。
还有，随色散补偿器的特性与结构不同而不同，色散补偿量只能
设置在分立的值上，于是在系统开始工作时，往往没有选择余地，只
能把色散补偿量设置在与最佳值略有偏离的数值上。在这种情形下，
即使温度变化小于150℃，也有可能不满足1dB代价判据。
发明内容
为此，本发明的一个目的，是为40Gb/s或更高速率的超高速光传
输系统提供一种自动色散补偿系统。
本发明还有一个目的，是提供一个这样的色散补偿系统，它能在
系统开始工作时为光纤传输系统每一中继段优化色散补偿量，而且还
能在系统工作过程中，根据传输线色散值的变化，进行色散补偿量的
优化。
本发明另外一个目的，是提供这样一种自动色散补偿系统，该系
统不但可用于SMF传输系统，而且还可用于使用1.55μm频带色散移
位光纤(DSF)的其他传输系统，这种光纤在该波长处有低的色散值。
本发明还有一个目的是提供一种色散控制方法和装置，即使在信号
光功率大到明显出现非线性效应时，它也能正确地控制光传输线中的
色散。
利用所提供的方法和装置，可以达到本发明的各个目的，此方法
和装置(a)确定光传输线中与光传输线传送的光信号功率相对应的最
佳总色散量；(b)控制光传输线的色散，使总色散沿着光传输线直至
某特定点都近似为零；(c)添加色散到光传输线上，以及到所确定的
最佳总色散量。添加色散时，色散可在光传输线该特定点下行方向的
某一点上加进去。
上述(b)点控制色散的过程可按多种不同方法实现。例如，控制色
散的过程可以包括：(i)检测光信号中特定频率分量的强度，该光信
号有一条强度对总色散的特征曲线，曲线上至少有两个峰；(ii)控制
传输线的总色散量，使特定频率分量的强度基本上成为强度对总色散
特征曲线上两个最高峰间的极小。假定光信号被比特率为B比特/秒
的数据信号调制，那么该特定频率分量最好取光信号的B赫兹分量。
或者，上述(b)点控制色散的过程可以包括：(i)检测光信号中特定
频率分量的强度，该光信号有一条强度对总色散的特征曲线，曲线上
至少有两个峰；(ii)控制传输线的总色散量，使特定频率分量的强度
落在强度对总色散特征曲线上两个最高峰间的中点。
再者，上述(b)点控制色散的过程可以包括：(i)检测光信号中特
定频率分量的强度，该光信号有一条强度对总色散的特征曲线，曲线
上有相应的眼图张度；(ii)控制光传输线的总色散量，使眼图张度内
的特定频率分量强度基本上成为极小。
还有，上述(b)点控制色散的过程可以包括：(i)检测光信号中特
定频率分量的强度，该光信号有一条强度对总色散的特征曲线，曲线
上有相应的容许眼图张度范围；(ii)控制传输线的总色散量，使特定
频率分量强度维持在强度对总色散特征曲线的峰尖上，此峰尖在眼图
张度之内。
利用提供的控制光传输线色散的方法和装置，可以达到本发明的
各个目的，该光传输线上有光信号在传送。此方法和装置(a)把光信
号的功率设置在第一个数值上，此数值基本上不会在光传输线内产生
非线性效应；(b)控制光传输线的总色散量，使之近似为零；(c)改变
光信号的功率到第二个数值，它不同于第一个数值；(d)确定与第二
个数值上的光信号功率相对应的最佳总色散量；(e)把色散添加到光
传输线中，以得到确定了的最佳色散量。
还可以利用提供的控制其上有光信号传送的光传输线色散的方法
和装置，达到本发明的各个目的。此方法和装置(a)把光信号的功率
设置在一个基本上不会使光传输线产生非线性效应的数值上；(b)设
定功率在所述数值的同时，控制光传输线的总色散量，使之近似为零；
(c)增加光信号功率；(d)添加色散到光传输线中，以得到对应于光信
号功率增加后的最佳色散量。控制总色散量的过程可以采用上面描述
的控制色散各种过程中的任一过程。
附图说明
本发明的种种目的及优点，从下述各个优选实施例的说明中可一
目了然并更加明晰，这些优选实施例结合附图加以说明，附图有：
图1是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟40GHz时钟分量强度对40Gb/s OTDM信号总色散的依赖关系。
图2是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟40GHz时钟分量强度对40Gb/s NRZ信号总色散的依赖关系。
图3是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟40GHz时钟分量强度对40Gb/s RZ信号(50％占空比)总色散的依
赖关系。
图4是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟40GHz时钟分量强度对40Gb/s RZ信号(25％的占空比)总色散的
依赖关系。
图5是一示意图，它按照本发明的一个实施例，画出产生40Gb/s
OTDM信号的光调制器。
图6(A)，6(B)，6(C)，6(D)，6(E)是波形图，它按照本发明的一
个实施例，表示图5的光调制器的工作情形。
图7是按照本发明的一个实施例，表明OTDM信号的基带频谱。
图8是按照本发明的一个实施例，表明NRZ信号的基带频谱。
图9(A)，9(B)，9(C)均按照本发明的一个实施例，画出OTDM信号
色散后的波形图。
图10(A)，10(B)，10(C)均按照本发明的一个实施例，画出NRZ信
号色散后的波形图。
图11是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟信号光功率为0dBm时，40GHz时钟分量强度对40Gb/s OTDM信号
总色散量的依赖关系。
图12是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟信号光功率为+5dBm时，40GHz时钟分量强度对40Gb/s OTDM信
号总色散量的依赖关系。
图13是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟信号光功率为+10dBm时，40GHz时钟分量强度对40Gb/s OTDM信
号总色散量的依赖关系。
图14是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟信号光功率为+13dBm时，40GHz时钟分量强度对40Gb/s OTDM信
号总色散量的依赖关系。
图15是一曲线图，它按照本发明的一个实施例，画出传送40Gb/s
OTDM信号时，(a)最佳总色散量和(b)在40GHz分量为极小时的总色
散量对信号光功率的依赖关系。
图16是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出一个自动色散
均衡系统。
图17是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟信号光功率为0dBm时，40GHz时钟分量强度对40Gb/s NRZ信号
总色散量的依赖关系。
图18是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟信号光功率为+5dBm时，40GHz时钟分量强度对40Gb/s NRZ信号
总色散量的依赖关系。
图19是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟信号光功率为+10dBm时，40GHz时钟分量强度对40Gb/s NRZ信
号总色散量的依赖关系。
图20是计算机模拟结果的曲线图，它按照本发明的一个实施例，
模拟信号光功率为+13dBm时，40GHz时钟分量强度对40Gb/s NRZ信
号总色散量的依赖关系。
图21是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出图16自动色
散均衡系统的光发射机。
图22是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出图16自动色
散均衡系统的光接收机。
图23是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出一个光发射机。
图24是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出一个与偏振无
关的多路分解器。
图25是按照本发明的一个实施例，画出光接收机一部的明细电路
框图。
图26是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出一个可变色散
补偿器。
图27是曲线图，它按照本发明的一个实施例，画出图26可变色
散补偿器上各段所加电压V1至V21的图谱A至图谱D。
图28是曲线图，它按照本发明的一个实施例，画出图27中各个
电压图谱A至D的色散值。
图29是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出一个补偿量控
制器。
图30是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出图16自动色
散均衡系统的一种改型。
图31是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出图16自动色
散均衡系统的另一种改型。
图32是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出一个自动色散
均衡系统。
图33是曲线图，它按照本发明的一个实施例，阐明图32中改型
的自动色散均衡系统。
图34是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出图32自动色
散均衡系统的一种改型。
图35是示意图，它按照本发明的一个实施例，画出图32自动色
散均衡系统的另一种改型。
具体实施方式
现在详细参照本发明的各个优选实施例，这些例子均画在附图中，
其中相同的标记数字均指相同的元件。
从上面相关技术的描述段落可见，为了40Gb/s或更
高速率的超高速光传输系统的实现，要求构造出一个“自动色散补偿
系统”，它不但能在系统启动时，对每个中继段优化色散补偿量，而
且能在系统工作过程中，根据传输线色散值的变化，进行色散补偿量
的优化。这样一个自动色散补偿系统，不但SMF传输系统需要，而且
使用1.55μm频带色散移位光纤(DSF)的其他系统也需要，其中的色
散移位光纤在1.55μm波长上有低的色散值。
实现一个自动色散补偿系统的关键技术可概括为下述三点：
(i)实现一个可变色散补偿器；
(ii)监测传输线中色散(或者经色散补偿后的总色散量)的方法
(iii)对可变色散补偿器的反馈优化控制方法。
关于点(ii)，即测量光纤色散的方法，传统上采用脉冲方法或相
位主法，它牵涉到把不同波长的多个光束送进光纤，然后在各输出光
束间测量它们的群时延差或相位差。然而，要在系统工作时用这些方
法不断地测量色散，那么对每个中继段都必须备齐一套色散测量器
件。此外，既要测量色散量又不中断数据信号光的传送，就必须把不
同于数据信号光波长的测量光进行波分多路复用。
在光传输设备内引进脉冲方法或相位方法，从尺寸及价格上说都
是不实际的。更有甚者，当使用不同于主信号光波长的波长时，要
用测量的光波长上测得的数值推算信号光波长上的色散值。其结果
可能欠精确。因此，希望有一种方法能直接从主信号光测量其色散
值。
作为一种能完成这种测量的方法，本发明的发明者已经在《未审
查日本专利公告》No.9-224056中提出来了，现合并在这里供参考，
此方法利用NRZ(不归零)信号及OTDM(下面说明)信号基带频谱
内40GHz分量强度对总色散的依赖关系。更具体说，此方法利用的
特性是：当总色散量为零时，40GHz分量强度为极小，眼图张度此时
则为最大，通过反馈法，把可变色散补偿器的工作点设置在40GHz
分量强度为极小的点上。
然而，正如后面还要详细说明的，40GHz分量强度为极小时的
总色散量，与眼图张度为最大时的总色散量，只在小信号光功率的线
性传输情况下才重合。随着信号光功率的增加，非线性效应(＝自相
位调制效应：SPM)变大，两个总色散量间的位移也增大。因此用上
述控制方法难以优化色散补偿量。随着传输速度的增加，发射的光
功率也必须增加，以保持要求的光学SNR及发射/接收的功率差，这
更容易使传输发生非线性效应，因此这个问题不容忽视。
对于归零(RZ)信号，在“A.Sano et al.，ECOC’96 Technical
Digests Tud.3.5”中报导：40GHz分量在靠近总色散零点是一极大，
而此极大点的色散值将因非线性效应而移位。
图1是计算机模拟结果的曲线图，它模拟数据信号比特率为
40Gb/s的一个OTDM信号，在其基带频谱内的40GHz分量强度对
总色散的依赖关系。图2是计算机模拟结果的曲线图，它模拟数据
信号比特率为40Gb/s的一个NRZ光信号，在其基带频谱内的
40GHz分量强度对总色散的依赖关系。图3是计算机模拟结果的
曲线图，它模拟数据信号比特率为40Gb/s的一个RZ光信号(50％
的占空比)，在其基带频谱内的40GHz分量强度对总色散的依赖关
系。图4是计算机模拟结果的曲线图，它模拟数据信号比特率为
40Gb/s的一个RZ光信号(25％的占空比)，在其基带频谱内的
40GHz分量强度对总色散的依赖关系。
图1至图4还画出了沿幅度方向的眼图张度。在图1至4中，
输入的光功率平均是-5dBm，SMF长度是50km。通过改变与SMF
串联的DCF中的色散量来改变总色散量。在眼图张度对总色散曲
线上的峰附近，眼图张度的数值接近最佳值且基本保持不变。这个
范围称为容许眼图张度范围。
图5是按照本发明的一个实施例，画出光调制器10的方框图，
此光调制器产生40Gb/s的OTDM信号。现参看图5，光波导14是
通过例如把Ti经热扩散，扩散到LiNbO3基底12上形成的，在其上
部例如用Au形成电极图形16(在图5中以阴影线画出)。因此，光
调制器10包括一个单端输入、两端输出的光开关18，一个含两个独
立光调制器的数据调制器20，一个相位控制器22，以及一个光学多
路复用器24。
图6(A)，6(B)，6(C)，6(D)，6(E)是波形图，它按照本发明的一
个实施例，示明光调制器10的工作情况。
现参看图5，6(A)，6(B)，6(C)，6(D)，6(E)，当连续光被送进单
端输入两端输出开关18内的光波导中，且两个相移180°的20GHz
时钟信号加到两个电极上时，图6(A)和6(B)所示两个180°反相光
时钟信号从光开关18输出。然后，这两个信号被送进数据调制器
20内的两个光调制器。一个20Gb/s的数据信号加到两个光调制器
的每一个上，则如图6(C)，6(D)所示的RZ信号从数据调制器20输
出。相位控制器22调整两光波的相位，令两光波的相位差为180°，
然后两光波在光学多路复用器24上合成。由于两光波相位差为
180°，在“1”连续出现的部分，其尾部互相抵消，使波形变得接近于一
个RZ信号，如图6(E)所示。在至少有一个相邻比特为“0”的其他
部分，波形变得接近于一个NRZ信号。
在图3和4中，对由这两个图表示的RZ信号，表明当总色散量
为零时，40GHz分量的强度为最大。
相反，在图1中，对由此图表示的OTDM信号，表明当总色散量
为零时，40GHz分量强度在眼图张度内成为极小。类似地，在图2
中，对由此图所表示NRZ信号，表明当总色散量为零时，40GHz分
量强度在眼图张度内为极小。
为参考目的，调制的光信号的基带频谱，对OTDM信号和NRZ
信号分别画在图7和8上。对NRZ信号，没有40GHz分量，但从定
量的观点看，认为由于色散后频谱的扩展，会出现40GHz分量。
OTDM信号经受-40，0，+40ps/nm色散后的波形(等值化后
的波形)分别画在图9(A)，9(B)，9(C)上。同样，NRZ信号经受-
40，0，+40ps/nm色散后的波形(等值化后的波形)分别画在图10
(A)，10(B)，10(C)上。如图所示，对OTDM信号及NRZ信号都有：
色散后(正的和负的)，波形中心处“1”的高度升高了，但交点的高度
降低了，由此可见，强度发生周期性变化，其周期等于一个时隙的长
度，从而产生40GHz分量。
关于前面的点(i)(实现一个可变色散补偿器)，可以看到，当发
射的光信号比特率一般由Bb/s表示，而其B赫兹分量在零色散时为
极小时，改变可变色散器件的控制点，例如改变色散补偿量和信号光
波长，如果能把接收的光信号中B赫兹分量在眼图张度内为极小这
一控制点检测出，便能把总色散量置值为零。
还有，从图1和2可明显看到，有两个极大点，或两个最高峰在
极小点两侧的对称位置上，对OTDM信号波形和NRZ波形均如此。
因此，如果极小点难于检测，则可以检测可变色散补偿器件的控制
点，使之给出两个极大点，然后取其中点，通过这个办法便能把总色
散量置值为零。
还有，如果一个OTDM信号被一个n·m比特/秒的数据信号调
制，这个n·m比特/秒信号是由时分多路复用n个RZ信号，每个信
号又被m比特/秒的信号作幅度调制而得到的，那么可以提取m赫
兹分量，并控制传输线的总色散，使m赫兹分量达到极大。这种控
制方法可以代替前述的提取n·m赫兹分量，并控制传输线的总色
散，使n·m赫兹分量达到极小的控制方法。这样做的理由是，构成
OTDM信号的m比特/秒RZ信号，每一个都含有m赫兹分量，又从
图3及4可以看到，当总色散为零时，此分量为极大。更具体说，在
此情形下，提取n·m赫兹分量或m赫兹分量，控制传输线的总色散
量，或使n·m赫兹分量达到极小或使m赫兹分量达到极大。
所以，根据本发明的各个实施例，并将在下面更详细地看到，本
发明提供了控制传输线色散的方法及装置。更具体说，要检测传输
线内传送的光信号的特定频率分量强度。光信号有一强度对总色散
的特征曲线，上面还附带有相应的眼图张度。例如可参看图1和图
2。控制传输线的总色散量，使特定频率分量的强度在眼图张度内基
本上成为极小。结果，如指出的那样，例如在图1和2中，色散将因
眼图张度内特定频率分量强度的极小化过程而变成极小。
实际运用时，测量眼图张度是十分困难的，因而难以确定特定频
率分量强度是否真的在眼图张度内变成极小。因此，所要达到的控
制可能难于实现。
因而，参看例如图1和2，像OTDM或NRZ信号那样的光信
号，可以描述为有一条强度对总色散的特征曲线，曲线上至少有两个
峰。于是，可以控制传输线的总色散量，使特定频率分量强度在强度
对总色散特征曲线的两个最高峰之间基本上成为极小，正如在图1
和2中画出那样。
图11至14是曲线图，画出模拟的结果，曲线表示发射光功率分
别为0，+5，+10，+13dBm的40Gb/s OTDM信号沿50km长SMF
传输时，其40GHz分量和眼图张度对总色散(色散补偿后)的关系。
正如可从图1及图11至14看到，40GHz分量强度为极小的总
色散与眼图张度为极大的总色散，这两个总色散仅在小信号光功率
(-5dBm)线性传输情形下才重合。随着信号光功率的增加，非线性
效应变得更大，两个总色散间的位移也随着增大，因此利用上面的控
制方法难以优化色散补偿量。
图15是曲线图，表示40Gb/s OTDM信号在50km的SMF中传
输时，眼图张度为最大的总色散量和40GHz分量为极小的总色散量
作为发射的光功率的函数关系。如图15所示，40GHz分量为极小
的总色散量不依赖于发射的光功率，而恒保持在0ps/nm，但眼图张
度为最大的总色散量随发射光功率的增大而沿正色散侧增加。
图16是按照本发明的一个实施例，画出自动色散均衡系统的框
图。现参看图16，从光发射机30发出的40Gb/s OTDM信号通过光
传输线(SMF)32，又经可变色散补偿器34和35进入光接收机36。
输入光接收机36的光信号的一部分，被位于可变色散补偿器34和
35之间的光耦合器38分离出来，并用光检测器40转换为电信号。
用一个中心频率为40GHz的带通滤波器42从光检测器40的输出
中提取40GHz分量，此分量的强度用强度检测器44检测。补偿量
控制器46控制可变色散补偿器34的补偿量，对RZ信号，通过控制
要把40GHz分量带向极大，而对OTDM或NRZ波形，通过控制要
把40GHz分量带向极小。对用两个20Gb/s RZ信号多路复用而成
的OTDM信号，可以用把20GHz分量带向极大来代替把40GHz分
量带向极小。
补偿量控制器47利用光输出功率的监测信号，或利用自动电平
控制(ALC)的控制信号来检测光信号的功率，通常自动电平控制安
装在发射端的光学后置放大器31内；如果是OTDM信号，要参照图
15所示关系，确定非线性效应引起的位移量，并把此位移量置入可
变色散补偿器35。这样做是把与当前光功率相适应的最佳色散量，
在光信号进入光接收机36之前，添加到已被可变色散补偿器34调
控成零色散的光信号中。为了检测光信号功率，可从光学后置放大
器31的输出中分出一部分，供光电二极管检测。
因此，按照本发明的实施例，例如像在图16所阐明的，本发明涉
及一种方法和装置，它(a)确定光传输线上与经此光传输线传送的光
信号功率相对应的最佳总色散量；(b)控制光传输线的色散，使总色
散沿着光传输线直至某特定点都近似变成零；(c)在光传输线上添加
色散，以获得确定好的最佳总色散。添加色散时，可以在光传输线特
定点的下行方向一点添加色散。
图17至20是曲线图，画出对NRZ信号的模拟结果，这些图分
别表示当发射光功率为0，+5，+10，+13dBm的40Gb/s NRZ信号
沿50km长的SMF传输时，其40GHz分量和眼图张度对总色散量
(色散补偿后)的关系。从图2及图17至20可以看到，眼图张度最
大的总色散量随传输光功率的增加而向正色散一侧增大。这一特性
与OTDM信号相同。
但是，其40GHz分量强度相对于总色散量的变化方式与OTDM
信号不同，更具体说，对OTDM信号，总色散量为零时，40GHz分量
强度总是极小，与传送的光功率无关。反之，对NRZ信号，在线性传
输情形下，总色散为零时，40GHz分量强度为极小(＝0)，但随着传
送光功率的增大，零总色散的40GHz分量也增大。因此，与OTDM
信号不同，不能用把40GHz分量带向零总色散处的极小这种方式来
控制可变色散补偿器34。不过，对40Gb/s NRZ信号，因为在+
60ps/nm和-60ps/nm上达到极大，与传输的功率无关，因而，可以
通过定出两极大间的中点的办法，调控可变色散补偿器34，把总色
散量变成零。此外，可变色散补偿器35则按传输光功率来调控，其
调控方法与对OTDM信号相同。
图16中的光发射机30和光接收机36的具体例子分别画在图
21和22上。在图21的光发射机30中，图5所画的OTDM调制器
10被用作光调制器，以产生光信号。图5所示OTDM调制器10在
图21中用相同的参考数字表示图5中相同的元件。
在图21中，并行输入的两个10Gb/s数据信号经并行/串行转换
器70转换，得到一个20Gb/s NRZ信号。这个20Gb/s NRZ信号被
送进驱动器72，得到20Gb/s驱动信号，用于驱动光调制器20。每个
光调制器20的输出(20Gb/s RZ光信号)用相位调整器22调整其相
位(移相后，光的相位差变成180°)，之后，调整了的信号用光学多路
复用器24(光耦合器)合成在一起，得到一个40Gb/s NRZ格式的光
信号，然后通过光学后置放大器74把这个光信号送进传输线。图
23画出这类光发射机的详细电路框图。
在图22的光接收机中，40Gb/s光信号经光学前置放大器33，可
变色散补偿器34，分束器38，可变色散补偿器35，然后送进光学DE-
MUX(多路分解器)78。
图24是个框图，画出与偏振无关的光学DEMUX78。在接收端
的光学DEMUX最好选用与偏振无关的。为此，经光纤传输后的
40Gb/s OTDM信号，首先被第一级内的正交波导偏振分束器80按
偏振分解为TE和TM分量。这里，跨叠的长度是优化了的，以便获
得20dB或更大的偏振消光比。其次，利用被20GHz正弦信号驱动
的1×2开关84，把每个模式作光学时分多路复用而成为20Gb/s的
光学RZ信号。此时，每个1×2开关的两个输出都成互补关系。但
是，一般说来，在LN开关(调制器)中，TM模的调制效率高于TE
模。因此，在所画的器件内，经偏振分解后的TE模光，被半波片82
转换成TM模光，然后TM模光被光学多路分解。在最后一级，用
两个偏振光束合成器把相同的比特序列合成起来。这里，如果把相
同TM模的光束合成起来，会发生光束干涉，就像前面描述OTDM
调制器的情形。因此，1×2开关84不进行TE/TM模的转换，在其
后是进行TM/TE模转换的半波片88，之后，正交偏振分量的功率
被合成。
再参看图22，从光学DEMUX78得到的两个20Gb/s RZ光信
号，每一个都送进一个光电二极管90，转换成电信号，此电信号然后
被前置放大器92放大并被均衡放大器94整形。整形后的信号被串
行/并行转换器96重又构成原先的10Gb/s NRZ信号。之后，数据
被一个10Gb/s的鉴别器(未画出)再产生。光接收机36的详细电路
框图，画到光学多路分解器部分，示于图25。
下面将描述可变色散补偿器34和35的一个实例。请见M.M.
Ohn et al.，”Tunable fiber grating dispersion using a piezoelectric
stack”，OFC’97 Technical Digest，WJ3，pp.155-156，此文收入在
这里以供参考。
更具体说，图26按照本发明的一个实施例，画出可变色散补偿
器的示意图，它可以是色散补偿器34或35。图27按照本发明的一
个实施例，画出加在图26色散补偿器内各段的电压V1至V21的图
谱A至D。图28按照本发明的一个实施例，画出图27中电压图谱
A至D的色散值曲线。
如图26所示，二十一段线性调频光栅90的每一段都粘结一片
压电元件92。当电压V1至V21按图27所示梯度加在各个压电元件
上时，沿光栅90的纵向所加压力便发生变化，对图27所示的电压图
谱A至D，色散值(直线斜率)的改变如图28所示。这里，如果所加
电压图谱介乎A至D之间，那么色散值便能连续地改变。
图29按照本发明的一个实施例，画出补偿量控制器的一个例子
的示意图。现参看图29，40GHz频率分量的张度值通过A/D转换
器94作A/D转换，之后作为数字信号送进MPU 96。MPU96比较
当前强度值Ic与先前接收并存储在存储器98内的强度值Ip，检查
并确定当前色散量与40GHz强度的关系是在图2的X斜线上还是
在Y斜线上。就是说，当在X斜线上时，如果减小可变色散补偿器
34的色散量，则色散量将趋于零(点Z)。当在Y斜线上时，如果增
大可变色散补偿器34的色散量，则色散量将趋于零。因此，当Ic＞
Ip，便认为该关系是在X斜线上，于是调控加在可变色散补偿器34
的电压，以获得使色散量减小的电压值V1至V21，这些要加到各个
压电元件的电压，每一个都通过带锁存器的D/A转换器100送出
去。
反之，当Ic＜Ip，便认为该关系是在Y斜线上，于是得到使色散
量增大的电压值V1至V21，以控制加到可变色散补偿器34上的电
压。
这里，为了得到V1至V21各个值，图27和28的数据(代表色散
量与V1至V21关系的数据)和图2的数据(代表40GHz分量强度与
总色散量关系的数据)要事先存入存储器内。然后，确定该关系是在
图2中的X斜线上还是在Y斜线上，并且当前色散量也从图2的数
据获得。再下面，是从当前色散量Ic确定可变色散补偿器34必须
补偿的色散量Ic′，以便把色散量减小至零即至点Z。就是说，定出
Ic′，使Ic+Ic′＝0。
用这种方法一旦定出Ic′，为得到Ic′而应加到可变色散补偿器
34上的V1至V21，可根据图27和28的数据确定。
现参看图16，补偿量控制器47在内部保存有图15的光信号与
最佳总色散量关系的数据，以及加到可变色散补偿器的电压图谱与
色散值关系的数据。依据光学后置放大器31输出端的光信号功率
数值，补偿量控制器47首先确定此时最佳的总色散量数值，然后确
定相应的加到可变色散补偿器35上的电压V1至V21。
图30按照本发明的一个实施例，画出图16自动色散均衡系统
的一种改型的示意图。现参看图30，图16系统中的可变色散补偿
器34被安装在光发射机30上的可变波长光源48所代替，而光传输
线32的色散量则通过信号光波长控制器50调控信号光波长来控
制。
图31按照本发明的一个实施例，画出图16自动色散均衡系统
的另一种改型的示意图。现参看图31，从接收端上光学前置放大器
33来的，而不是从发射端上光学后置放大器31来的控制信号或监
测信号，被用作光信号功率检测的信号。至于其他方面，则与图16
系统的结构相同。在图31的系统中，也可以像图30的系统那样，用
可变波长光源48控制信号光波长来代替可变色散补偿器34的控
制。
图32按照本发明的一个实施例，画出自动色散均衡系统的示意
图。现参看图32，在系统起动时，首先令信号光功率足够低，使不致
产生非线性效应，然后在这种条件下，通过由光检测器40，带通滤波
器42，强度检测器44，补偿量控制器46，可变色散补偿器34组成的
环路，控制总色散量使之为零。
在系统工作时，补偿量控制器47从光功率的数值确定非线性效
应引起的最佳色散值的位移量，然后，令可变色散补偿器34的色散
值改变相同的量。
图33按照本发明的一个实施例画出的曲线图，用于说明图32
自动色散均衡系统的改型。更具体地说，图14所示关系重新画在图
33上。
从图33可见，如果把总色散量限定在某一范围之内，那么总色
散量能从40GHz的强度唯一地确定。因此在图32中，系统起动时
令总色散量为零，之后，可以进行控制，把40GHz强度带向与最佳值
相应的数值，以便把总色散量设置在最佳值，总色散量的最佳值是在
系统工作时由信号光功率决定的。例如，当信号光功率是+13dBm
时，从图15所示关系得到最佳总色散量是40ps/nm。因此，控制是
把40GHz强度带到图33中A点的数值。
图34按照本发明的一个实施例，画出图32自动色散均衡系统
一种改型的示意图。现参看图34，系统起动时色散量的控制是用可
变色散补偿器34来执行的，系统工作时的控制则用可变色散补偿器
35来执行。
在这种情形下，可变色散补偿器35可以放置在发射端，如图35
所示。在此实施例中，由于可变色散补偿器35可以放在光学后置放
大器31的附近，无需进行跨越传输线的远程控制，因此，系统的运作
可以简化。
在本发明上面各实施例里，可变色散补偿器在再生中继系统中
都放置在接收端和发射端，但应指出，在非再生式光放大中继系统
里，如果其结构也把可变色散补偿器放在光放大中继器内，那么仍可
实行相同的控制控制方法。
按照本发明上面各个实施例，在采用可变色散补偿器的超高速
光传输系统中，可以根据传送的光功率来优化色散补偿量。
因此，按照本发明上面各个实施例，提供一种在光纤传输线中控
制色散的方法和装置。更具体说，要检测经传输线传送的光信号中
特定频率分量的强度。光信号有一条强度对总色散的特征曲线，曲
线上还有相应的眼图张度。控制传输线的总色散量，使眼图张度内
特定频率分量强度基本上达到极小。结果，总色散也变为极小，如图
1和2所示。
而且，按照本发明上面各个实施例，经传输线传送的不同类型的
光信号都可以描述为：有一条强度对总色散的特征曲线，其上至少有
两个峰。于是，传输线的总色散量可以这样来控制：使特定频率分量
强度基本上成为强度对总色散特征曲线上两个最高峰间的极小，如
图1和2所示。
虽然令眼图张度内特定频率分量的强度变为极小是较为可取的
方法，但在有些情况中，简单地使强度保持在眼图张度内也是合适
的。例如，在有些系统中，与眼图张度内的强度相对应的总色散，可
以认为相当低。因此，参照图1和2，总色散的控制就是简单地把强
度维持在眼图张度内的强度对总色散特征曲线的尖峰上。
因此，按照本发明的上面各实施例，检测经传输线传输的光信号
的特定频率分量强度。光信号有一条强度对总色散的特征曲线，曲
线上有相应的容许眼图张度范围。传输线色散量的控制是把特定频
率分量的强度维持在眼图张度内的强度对总色散特征曲线的尖峰
上。
此外，代替控制色散而控制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，使测得的眼图张度内的强度基
本上变为极小，就能控制强度。
还有，如前所述，眼图张度往往难以测量。因此，可以控制特定
频率分量强度，使测得的强度基本上成为强度对总色散特征曲线上
两最高峰间的极小。
按照本发明上面各个实施例，已经能够监测和控制传输线上各
种光信号的色散，光信号诸如NRZ和OTDM波形信号，这些信号的
时钟分量在零色散时为极小，并且能在不中断系统工作的情况下，控
制传输线的色散。
因此，按照本发明上面各个实施例，传输线色散控制是对光信号
来说的，此光信号的时钟分分量强度在零色散时不会变成最大，如
NRZ信号或OTDM信号，OTDM信号是多个尾部互相重叠的RZ
信号时分多路复用后产生的。
因此，按照本发明的上述各实施例，传送被数据信号调制的光信
号的传输线，其色散得到控制。更具体说，从传输线传送的光信号中
检测特定频率分量的强度。控制传输线的总色散量，使测得的特定
频率分量强度在眼图张度内变成极小。
还有，按照本发明上述各个实施例，提供一种方法和装置，用于
检测传送被数据信号调制的光信号的传输线的色散量。更具体说，
是检测经传输线传送的光信号中特定频率分量的强度。传输线的总
色散量从被检测的特定频率分量强度加以确定。
此外，按照本发明上述各个实施例，用光纤传输线传送的是一个
时分多路复用光信号，此光信号被n·m比特/秒的数据信号调制，而
此n·m比特/秒数据信号是时分多路复用n个光信号得到的，n个光
信号中每一个都被m比特/秒的数据信号作幅度调制。从光纤传输
线上接收的时分多路复用光信号中，提取n·m赫兹或m赫兹频率分
量。把光纤传输线内的色散做成可变的，使提取的n·m赫兹或m赫
兹频率分量分别呈现极小值或极大值。
按照本发明上述各个实施例，要使特定频率分量强度基本上变
成极小。最好是令强度在真正的极小值上。但在实际中，常常很难
使特定频率分量强度完完全全地变成极小。因此，在大多数情形下，
只要特定频率分量强度大于或等于极小强度不超过或等于极小强度
的120％，便可认为基本上已是极小。更可取的是，把强度控制在大
于或等于极小强度不超过或等于极小强度的110％。
虽然已经画出并描述了本发明少量几个优选实施例，但业内人
士很易明白，这些实施例可以作些改变而又不偏离本发明的原理和
精神，本发明的原理和精神的范围由权利要及其等效要求所规定。