偏振模式分散的仿真器和补偿器 本发明涉及到偏振模式分散的仿真器和补偿器，用其可以将电磁波，有利的是将光波依赖于频率改变其偏振。
因此本发明同时是依赖于频率的偏振变换器。
在光学传输技术中使用长的光波电缆-传输路段。光波电缆本身由制造条件决定了不是完全各向同性的，而是弱的双折射的。由于长的传输长度出现了传输路段依赖于频率的偏振变换。人们将其称为偏振模式分散或者偏振分散，简称为PMD。这导致了被发送出去的脉冲的扩展，这减小了可以使用的传输数据率。情况因此变得困难，由于温度和机械负荷使得传输性能变化和路段的PMD也因此而改变。因此需要将已经匹配的PMD-补偿器插入到传输路径中。为了其发展或者简单检查没有经过PMD-补偿的传输系统的PMD-公差需要复杂的可调整的，但是简单的、成本便宜的和无阻尼的PMD仿真器，仿真器在不同的时间点和在不同的温度时用统计的有特色地方法可以模拟数1000km长的LWL-路段与频率有关的偏振传输特性。
PMD-补偿器应该在至少一个光学频率下将传输路段整个系统的偏振传输特性和补偿器(或者相反，根据装置而定)以一阶和必要时比较高阶近似地与频率无关。在波长-多路运行时应该争取，使得在运行波长时达到与频率无关。本发明不仅可以使用作为PMD-仿真器，而且可以使用作为PMD-补偿器。
对这种部件的要求是插入衰减低，与光波导线的兼容性和与频率有关的可改变偏振传输性能的多种多样方面。
很清楚有一种部件适合于PMD仿真和补偿，这种部件与传输路段具有同样的以及反向的传输性能。在文献中常将PMD用很多的延迟或者偏振转换进行数学描述，在强的双折射之间，即在两个主偏振之间安排具有明显延迟时间的LWL-部件。这些强的双折射LWL-部件保持或者保护两个互成正交的主偏振(原则上偏振-状态)，简称PSP，和因此保持偏振的光波电缆(偏振-维护光纤)，简称PMF。这些PMF是强偏振分散的。在光学光纤通信会议1995年会议文集(OFC95)美国光学学会文章WQ2 190-192页中叙述了相应的例子。
在电子书笺，1994年2月17日，30卷，4册，348-349页中叙述了PMD-补偿。在这里也使用了多个PMF段，将这些通过偏振转换器相连接。这些文献来源很重要，因为在那里叙述了PMD-补偿与光学接收器的连接以及获得了调节判据，和因此用作为本发明的总概念。人们了解到，这样的装置不仅可以使用作为PMD-仿真器，而且可以使用作为PMD-补偿器。实际上上述文献来源只限于很少的PMF段，和由于必要的拼接所出现的光衰减应该是很高的。然而允许很多这样的偏振转换器和将具有很小衰减的PMF-段串联的功能相似和相当的装置是不知道的。
因此本发明的任务是，规定相对于现有技术具有很小插入衰减和还容易制造的PMD-仿真器和PMD-补偿器。
此任务是通过具有权利要求1特征的偏振模式分散的仿真器和补偿器解决的。其他结构是由从属权利要求产生的。
按照本发明比较长的保持偏振的光导纤维段适用于制造PMD-仿真器或者PMD-补偿器。其中主偏振是，如同在商业上惯用的第一个实施例中保持偏振的光导纤维有利的是近似于直线的。分布在长度上的PMF是被扭转的扭转段，则产生偏振转换。
将PMF进行扭转已经在应用光学，18卷，13册，2241-2251页已知作为一种方法，通过线性双折射的LWL可以进行偏振转换，见那里的附图9。当然商业上惯用的PMF的双折射是那样的强，在那里规定的扭转68°使得PMF至少长时间将会受到损坏。
因此按照本发明当使用商业上惯用的PMF时将具有交替变化扭转方向的多个扭转段串联在一起用于产生所希望的转换。另外一种是比商业上惯用的PMF弱，然而比正常的LWL强很多的双折射专用PMF。
在所有这种情况时可以变化地构成扭转，例如通过使用步进电机。
由于光波电缆的机械强度受到限制当然受到限制的扭转范围可以导致妨碍补偿能力，特别是当作为PMD-补偿器运行时。此外由于制造条件决定扭转段的不理想决定的长度和类似的影响可能产生功能不精确度。这些可能出现的缺点可以通过插入附加扭转段得以避免。此时将多个相互无关的可扭转的扭转段或者扭转段组靠在一起。希望的是所谓的无限的偏振调节。原因是，特别是当作为PMD-补偿器运行时要求无间断的补偿，每个即使短的间断有可能由于通常很高的传输比特率导致在接收器上不希望的比特误差。IEEE的光波技术杂志9卷，1991 10月，10册，1353-1366页和特别是在那里注明的文献来源中介绍了关于无限的偏振调节概况。在用扭转保持偏振的光导纤维的基础上无限的偏振调节当然还是不知道的。
也可以使用圆形的或者椭圆形的双折射PMF代替直线的双折射PMF；然而此时应该改进偏振转换。
借助于附图1至5准确地叙述按照本发明的PMD-仿真器和PMD补偿器。
附图1用简图表示了按照本发明的PMD-仿真器或者-补偿器。
附图2表示了相位匹配的模式转换器作为偏振转换器。
附图3表示了具有直线双折射光导纤维扭转段的无限的偏振转换器。
附图4表示了在步进电机的钻透了的轴上直线双折射光导纤维转动的拉杆点。
附图5表示了两个单独仿真器或者-补偿器，这些包括有圆形双折射光波电缆和转动的光波电缆回路。
在附图1的实施例中光波L穿过PMD-仿真器或者-补偿器EK在光波电缆LWL内由输入端EE到输出端AA。光波电缆LWL是由保持偏振的光导纤维PMF，这必须是不间断的和在制造时也是不切断的或者，除了在输入端EE和传输出端AA之外，必须是编结在一起的。由于这个原因PMD-仿真器或者-补偿器EK光波L具有很小的插入衰减。PMD-仿真器或者-补偿器EK包括有简单仿真器或者-补偿器EK1,2,…N的链。每个简单仿真器或者-补偿器1,2,…N在其一方具有一个输入端E和一个输出端A，其中简单仿真器或者-补偿器的输出端A各自与后面的输入端E相连接。在每个简单仿真器或者补偿器1,2,…N上在输入端E的后面跟着偏振转换器PT，具有有差别的分组运行时间DGD的偏振分散的光波导线PMF和输出端A。
也可以将装置的输入端EE和输出端AA进行交换，则光波L不是从输入端EE穿过装置到输出端AA，而是在相反方向。将偏振转换器PT的顺序和具有有差别分组运行时间DGD的光波电缆可以相对于被叙述的顺序在一个、多个或者所有的单独仿真器或者-补偿器1,2,…N上进行交换。
具有分组运行时间DGD的偏振分散光波电缆是一个具有适当长度的保持偏振光波电缆PMF的被选择的段。在拍频波长内相位延迟了360°或者在两个主偏振之间的光波时间延迟为一个周期，商业上惯用的PMF具有拍频波长大小为2至4mm，当光波L波长为1550nm时。这对应于偏振分散的光波电缆为2.6至1.3ps/每米的有差别的延迟时间。固定长度的均匀双折射光波电缆的有差别的延迟时间和双折射的拍频波长信号在数量上相互逆转。
在偏振转换器PT上也将光输入给保持偏振的光波电缆PMF，如同下面叙述的，通过按照本发明构造的偏振转换器PT有什么样的可能。
简单仿真器或者-补偿器的总数可以在很大范围内变化，在1与大的正好在经济上还能承受的数目如100或200之间。适合的是，虽然总数少，但是至少选择这样多，使得产生与准备仿真或者补偿的光波电缆相似的统计偏振分散特性。因此根据要求大约需要6至50个简单仿真器或者-补偿器。
按照本发明使用很多简单仿真器或者-补偿器特别是适当的，只有当如果非常的宽带信号的PMD-仿真器以及-补偿器，也就是说例如具有高传输比特率的数据信号，或者多个或者很多信号在光学波长费用时追求的。
如果只将本发明使用作为PMD-仿真器时，为了减少费用只使用一个模式逆变器作为偏振转换器PT是适当的。其他的偏振转换则毫无问题地通过保持偏振的光波电缆PMF的温度漂移而产生。在仿真器上这些与在好的补偿器上不同是可以容忍的。将直线双折射保持偏振的光波电缆PMF的模式逆变器按照本发明可以构成为如附图2表示的作为相位匹配的模式逆变器。模式逆变器包括有保持偏振的光波电缆PMF，两个形状象梳子相互啮合的扭转拉杆FK、BK例如借助于环氧树脂胶固定在其上。可以将这些相互围绕着作为轴的保持偏振的光波电缆PMF转动，此时位于外边的梳子部分可以在回转方向DR上回转。可以将两个扭转拉杆构成为转动的，或者其中的一个是固定的扭转拉杆FK，另外一个是转动的扭转拉杆BK。例如将步进电机SM适合于作为扭转拉杆BK的驱动，步进电机为了达到高分辨率可以用行程连续的微步距进行驱动。通过扭转拉杆或者梳子FK、BK的转动在梳子尖齿ZI之间的短的光波电缆段TS也相互扭转。在扭转段TS上的扭转是一个机械负荷MB。为了清楚起见在附图2上只将整个光波电缆TS，梳子尖齿ZI和机械负荷MB的一部分进行标注。
例如如果固定的扭转拉杆或者梳子FK只有两个尖齿，转动的扭转拉杆或者梳子BK只有一个尖齿，则将其改变成为回转杠杆，则在应用光学，18卷，13册，2241-2251页(见那里的附图9)中产生一个已知的模式转换器。使用多个梳子齿当然有优点，两个梳子BK、FK相互要求的回转角很小。特别是商业上惯用的PMF的双折射是这样的强，在文献来源上规定的扭转68°使得PMF至少长时间有可能损坏。在长度为2mm情况下必须扭转68°的拍频波长即只有0.7mm。扭转段愈多，扭转角应该愈小和愈加接近于在保持偏振光波电缆PMF上光波L的半个拍频波长的扭转段TS的长度。
如果将本发明使用作为特别复杂的可变化的PMD-仿真器或者作为PMD-补偿器时，如同已经叙述过的，适合的是使用很多简单仿真器以及-补偿器，或者使用可变化的偏振转换器PT。将后面的情况例如表示在附图3上，固定的扭转拉杆FK在这里具有两个尖齿。相反安排了多个转动的扭转拉杆BK1、BK2、BK3。
作为转动扭转拉杆的数目特别适合于是三个，因为因此按照本发明有可能是一个无限的偏振变换。另外也可以是两个，以便得到技术简单的实施形式，或者是四个和更多的转动扭转拉杆，以便容易实现和控制偏振转换。特别是如果不能准确地确定保持偏振的光波电缆PMF的拍频波长时，或者与位置有关的变化时，适合的是，使用大于三个扭转拉杆。即使固定的扭转拉杆FK也可以由一个或两个转动扭转拉杆BK0,BK4代替。这按照本发明提供了偏振转换的附加变化，这样扭转拉杆TS1、TS2、TS3、TS4的长度与所希望数值的偏差，光波电缆PMF的双折射不均匀性和类似的不精确度也可以不损害无限的偏振调解。
首先假设拉杆点短的可以忽略，则偏振转换器PT几乎只是由可扭转的光波电缆组成。将光波电缆PMF的4个扭转段TS1、TS2、TS3、TS4在这种情况下大约选择得这样大，当无扭转运行时出现的光波电缆PMF的快速和低速振动模式之间的相位延迟大约等于1.7rad。这对应于1.7/(2*pi)=0.27倍的拍频波长。为了使得光波电缆PMF的双折射不均匀性和类似的不精确度不损害无限偏振调节的能力，也可以改变这些长度；例如将扭转段TS1、TS4各自选择这样长，使其具有相位延迟大约为1.6rad，和将扭转段TS2、TS3各自选择这样长，使其具有相位延迟大约为1.8rad。
为了按照本发明有可能实现无限的偏振转换，在理想条件下扭转拉杆BK2相对于没有扭转的位置应该可以扭转至少转动大约为±73°，和扭转拉杆BK1、BK3各自转动至少大约为±35°。因为当光波电缆PMF扭转时不仅主轴几何回转，而且光轴的偏振椭圆也随着几何回转的大约5至10％回转，实际上将扭转拉杆的扭转范围与系数大约为1.05至1.1相乘，这样就得到对于扭转拉杆BK2大约为±79°，和对于扭转拉杆BK1、BK3大约为±38°。这些数值可以根据光波电缆类型大约波动±10％。
不仅将扭转段的长度TS1、TS2、TS3、TS4的变化，而且将扭转拉杆BK1、BK2、BK3可回转性的变化可以这样要求，在拉杆点FK、BK0、BK1、BK2、BK3、BK4上的固定不是点形状的，而是在一定长度上的，则连续扭转段由于一小段是不可以扭转的，但是是双折射的因为保持偏振的光波电缆是分开的。
无限的偏振转换是连续可能的，如果这样规定转动扭转拉杆BK1、BK2、BK3的一定的共同的周期回转角变化，将保持偏振光波电缆PMF的主偏振在回转角变化的每个相位上至少近似地转换成为另外的第一个正交主偏振。然后用比这样规定的回转角小的回转角可以达到所有其他可能的和要求的偏振转换。
当考虑在拉杆点上有限固定宽度时用计算机辅助也可以计算这个，这样对于本发明的很多实施例毫无问题地可以规定扭转段的长度以及回转角范围。根据固定宽度可以明确地达到作为要求的上述长度和回转角范围的变化。下面的，不是完整的表格叙述了几个实施例。数值不是用高精度计算的，这暗示了表格和在实际中产生的保持偏振光波电缆的不均匀性和其他的干扰影响不会引起比较大的不精确度，这些可以通过扭转拉杆单独的回转角控制和必要时更多的扭转拉杆避免。选择扭转段TS1、TS2、TS3、TS4的长度和扭转拉杆BK1、BK2、B3光波电缆的固定宽度有可能，用保持偏振的光波电缆PMF相对于拍频波长和规定的机械设计任务可以设计出紧凑的和功能强的实施例。
在表格中的列表示
-TS1、TS4是在TS1、TS4扭转段弧度上有差别的延迟，
-TS2、TS3是在TS2、TS3扭转段弧度上有差别的延迟，
-CA、CB、CC是扭转段在弧度上的圆形双折射部分，这如随后叙述的与拉杆点BK1、BK2、BK3引起的回转角有直接关系，
-VV是在扭转拉杆BK1、BK2、BK3上保持偏振光波电缆的固定部分弧度上的有差别的延迟。
CA、CB、CC规定了转动的扭转拉杆BK1、BK2、BK3的规定的周期回转角变化，这些将保持偏振光波电缆PMF的主偏振在这些回转角变化的每个相位上近似地过渡到另外的第一个正交主偏振。在弧度上的实际回转角由以下得出：
对于扭转拉杆BK1：f*(CA/2*cos(phi)+CC/2*sin(phi))
对于扭转拉杆BK2：f*CB/2*cos(phi)
对于扭转拉杆BK3：f*(CA/2*cos(phi)-CC/2*sin(phi))
其中phi是一个连续变化的角度，和F是上述系数。在扭转拉杆上用点形状固定，即VV=0，和当假设数值F=1.08时例如得出对于扭转拉杆BK2的回转角为上面已经叙述过的极限数值±1.08*2.55rad/2=±79°。 TS1,TS4 TS2,TS3 CA CB CC VV 1,6822 1,7063 0,3838 2,5547 1,2078 0 1,2671 1,5748 0,3495 2,3959 1,1854 0,2618 1,4455 1,1221 0,5732 2,6100 1,0970 0,5236 1,2025 0,8886 0,6022 2,5738 1,0694 0,7854 1,3073 0,4848 0,8161 2,8904 1,0063 1,0472 1,0198 0,2692 0,8146 2,8355 0,9983 1,3090 0,8165 0,0201 0,8617 2,8883 0,9779 1,5708 0,8589 -0,3367 1,0935 3,3401 0,9318 1,8326 2,7641 1,4520 0,7614 2,7293 1,8135 2,0944 2,5026 1,3362 0,7189 2,6072 1,6315 2,3562 1,8341 1,4392 0,8738 2,8254 1,2814 2,6180 0,9181 1,5792 1,1139 3,3008 1,0629 2,8798 1,1501 1,1127 0,8317 2,7393 1,1223 3,1416 1,1970 0,7358 0,6622 2,4338 1,1670 3,4034 0,9436 0,5144 0,6253 2,3754 1,1342 3,6652 1,3571 -0,0743 0,3394 1,9702 1,3624 3,9270 1,3911 -0,4864 0,1727 1,7839 1,5200 4,18882,6186 3,1806 -1,0906 2,9154 1,7668 4,71242,2898 3,1127 -0,7477 2,8373 1,6412 4,97421,9981 2,9663 -0,4681 2,7409 1,5389 5,23601,4313 2,9682 -0,4526 2,5668 1,4914 5,49781,2133 2,7217 -0,2611 2,4324 1,4389 5,75961,8867 1,9482 0,3109 2,6135 1,2669 6,02141,6822 1,7063 0,3838 2,5547 1,2078 6,2832
通过比光波拍频波长长一个整数的扭转段TS1、TS2、TS3、TS4产生其他的实施例。此时将扭转角这样改变出现一个不改变的扭转率，也就是每个长度单位的角度不改变。用这种方法也可以将具有负长度的已经叙述过的例子转换成为可实现的实施例。相似的也适用于行VV。这可以通过将表格的第一列和最后一列进行比较很容易看出；这些列只在VV行上是不同的即相差的数值为2*pi弧度。在表格上叙述的角度CA、CB、CC也只被理解为停止据数值，因为为了达到偏振转换比较大的变化可以是适合的，安排了明显比较大的，例如比系数放大1.5甚至2的回转角CA、CB、CC。
例如可以这样构成具有多于三个转动的扭转拉杆的实施例，用此可以达到至少近似于在保持偏振光波电缆PMF上与位置函数同样的扭转轮廓。
为了上述长度，例如拍频波长的0.27倍，可以将保持偏振的光波电缆不受损坏地围绕上述大小的回转角范围进行扭转，例如±79°或者更大，为了提供其他的调节可能性必须将拍频波长选择得足够大。可以考虑的特别的拍频波长为10至200mm，最好在30和100mm范围之间。
当光波L波长为1550nm时假设拍频波长为50mm时有差别的延迟时间大约为每米0.1ps。为了得到有差别的分组运行时间DGD例如为25ps，因此人们需要保持偏振光波电缆PMF为250米。当例如10个单个仿真器或者-补偿器具有这个有差别的分组运行时间DGD时，则整个需要大约2.5km光波电缆。具有上述大小直线的双折射可以按照现有技术很容易通过椭圆形芯子截面或者通过有目标的建立机械负荷来制造。但是应该考虑的缺点是，在比较大拍频波长时为了达到一定的有差别的分组运行时间DGD要求比较大的长度和比较小的保持偏振的度。第一个由于玻璃陶瓷-光波电缆很小的衰减没有引起特别高的衰减损失，和后一个可以在偏振转换器PT设计和试运行时通过多个拉杆点FK、BK或者通过确定回转角范围与上述数值的偏差进行分析，见上述表格。
当光波电缆为椭圆芯子截面时长度为2.5km的衰减可以很小，整个小于大约0.5dB。此外可以将保持偏振的光波电缆PMF同时设计成镀铬的光波电缆分散的补偿和仿真。
为了避免扭转段TS、TS1、TS2、TS3、TS4不经意的损坏和在需要时，例如当步进电机控制电流中断之后，可以确定步进电机的回转角，可以将回转阻挡器(挡块)或者将角度传感器安装在步进电机轴上。
附图4表示了用简图表示的具有定子ST和轴AX的步进电机，步进电机有一个钻透的孔。在轴直径和定子上将光波电缆LWL同心地穿过，在这个实施例中这是保持偏振的光波电缆PMF。光波电缆LWL、PMF是固定地粘在轴AX上的，这样轴AX同时也代表了一个转动的扭转拉杆BK、BK0、BK1、BK2、BK3、BK4。特别是当使用用盘形(平面的)特殊形状的步进电机时使得这种装置特别紧凑，这样可以将附图3的整个偏振转换器PT构造成同样的紧凑。特别是转动的拉杆点BK、BK0、BK1、BK2、BK3、BK4之间的距离很小，人们可以使用具有全尺寸拍频波长的光波电缆PMF。
当目前只讨论了直线的双折射光波电缆PMF和在偏振转换器PT上将扭转作为机械负荷MB时，在另外的实施例中将扭转的标准-光波电缆LWL使用作为圆形的双折射光波电缆PMF。如在电子书笺，17(1981)11,388-389页中叙述的，通过圆形的双折射扭转得到正常的单模式光波电缆。相对于上述实施例有利的是，正常的光波电缆是容易提供的。附图5示范性地表示了两个单独仿真器或者-补偿器1、2，这些包括了圆形的双折射光波电缆和转动的光波电缆回路或者光纤回路FS1、FS2。将光波电缆LWL各自卡紧在偏振转换器PT的固定点H的前边或者后边。在两个相邻的连接偏振转换器PT的固定点H之间，固定点包括一个偏振转换器PT，它是作为正常的，没有附加弯曲的近似于不是双折射的光波电缆LWL。至少在可回转的光纤回路的一定地方它是不扭转的，在光波电缆回路FS1、FS2上自由转动的光波电缆LWL上甚至在这些光波电缆FS1、FS2的每个地方。在没有偏振转换器PT的两个相邻的固定点之间，相反光波电缆是很强扭转的，这样它在两个圆形的主偏振之间的作用是作为具有有差别的分组运行时间DGD的圆形的双折射的和圆形的保持偏振的光波电缆PMF。例如为了制造适合于用一个绕线机。偏振转换器PT包括光纤回路FS1、FS2。这些在电子书笺，21卷1985,895-896页和电子书笺，22卷，1986,78-79页中已知是无限可回转的形状，但是特别是如果装置只使用作为仿真器，而不作为补偿器PMD时，也是有限的可回转的，这使得结构简化了。用两个四分之一波回路，即光纤回路，在其上当弯曲时产生的直线的和相互成正交的主偏振之间出现相位延迟为pi/2弧度，按照本发明无限的偏振转换可以达到这里要求的使用情况。通过在一个偏振转换器PT上多于两个光纤回路有可能将由制造决定的光波电缆不理想的，例如不希望的扭转，得到补偿。将光纤回路FS1、FS2设计成可回转的，和此外光波电缆LWL在那里从原理上决定是弯曲的，这样如同第一个实施例一样产生光波电缆LWL的机械负荷MB。
将按照本发明的PMD-补偿器EK如同在电子书笺，1994年2月17日，30卷，4册，348-349页叙述的可以使用在光学接收器上作为PMD-补偿器。