[发明专利]包括固定的和可变的色散补偿器的色散补偿装置

说明书

本申请基于1997年9月9日在日本归档的日本申请号9-243877，作为参考将它结合到本申请中，并且本申请宣布对它有优先权。

本发明涉及一个补偿在一条光纤传输线中的色散的装置。更特别的是，本发明涉及一个包括一个用于粗略补偿的固定的色散补偿器和一个用于精细补偿的可变的色散补偿器的装置。

使用诸光纤的光传输线的诸光传输系统正用来传输相当大量的信息。例如，现在正在实际使用10Gb/s(千兆比特/秒)的诸光传输系统。然而，当用户需要迅速地传输更大量的信息时，就需要进一步增加诸光传输系统的容量。

然而，在一个光传输系统中，当传输速度增加时，因为由一条光纤中的群速度色散(GVD)引起的波长退化，使传输距离受到严重的限制。而且，当增加传输的光功率，以便保持所需的传输/接收电平差时，自相位调制(SPM)效应，光纤的一种非线性效应，增加。在SPM中的这种增加进一步使通过和群速度色散相互作用引起的波形退化复杂化(SPM-GVD效应)。

作为一个例子，考虑一个光传输系统，它有用在1.3μm区域中有一个零色散波长的诸单模光纤(SMF)的诸传输线。SMF的这种类型是广泛地用于现有的诸光纤传输线中的光纤的最普通的类型。在这样一个光传输系统中，在单一光波长1.55μm(在这个波长，石英基光纤的传输损耗最低)的色散值约为+18ps/nm/km那样大。结果，对于10Gb/s和能容忍一个相当小量的色散的较高速度的诸传输系统需要诸色散补偿技术。

例如，根据一个对在一个50km的距离上的一个40Gb/s SMF传输的实验(参见G.Ishikawa等，对于发射机/接收机配置的ECOC 96 ThC.3.3),当功率损失为1db或更小时色散补偿的容限是非常小的，即为30ps/nm。所以，在40Gb/s SMF传输系统中，必须对系统中的每一个中继器区段进行高精度的色散补偿。

用诸1.55μm频带的色散位移光纤(DSF)的诸传输线在最近几年中已经安装起来用于10Gb/s的长距离传输。然而，因为当光纤制造过程中拉动光纤时引起的光纤光纤芯直径中的诸轻微变化，零色散波长λ₀从一个中继器区段到另一个发生变化。而且，甚至在同一个中继器区段内，λ₀会沿光纤长度变化。此外，一条传输电缆通常是通过将每段都有数千米长的诸多光纤芯电缆段连接在一起构成的。也就是说，在相邻电缆段之间在λ₀中没有连续性，所以，λ₀有一个随机分布图。结果，在一个中继器区段内能够发生一个±10nm的变化，这种变化的状态从一个中继器区段到另一个是不同的。所以在一个40Gb/s的长距离DSF传输系统中需要严格的色散补偿。

在传输速度高到10Gb/s的诸光传输系统中，因为色散容限相当宽，设计允许在一个20到40km的传输距离上共同使用一个有一个预先定义的色散值的色散补偿器，例如一个色散补偿光纤(DCF)或一个光纤光栅，的系统是可能的。然而，当色散补偿容限非常小时，如在诸40Gb/s系统中，必须对每一个中继器区段使色散补偿的量最佳化。现在，为达到这种色散补偿的仅有的一些途径是：

(1)制造一个和传输线的色散的实际测量值匹配的色散补偿器；或

(2)准备其色散值有小量不同的多个DCF或光纤光栅的“单元”，并根据色散的实际测量值，以类似于在一个天平上称一个物体的重量的方式改变插入的诸单元的组合。

然而，在情形(2)中，如果将多个单元连接起来，则装置的尺寸增加。而且，如果通过诸连接器将诸单元连接起来，则总的插入损耗增加。如果色散的值是未知的，则可以通过插入和移去诸单元实现最佳化，但是这导致人员一工时的大量增加以及诸多单元的浪费。

而且，无论(1)或(2)都不能用于由于传输线(波导)温度，诸外部压力或振动引起的色散的值随时间的变化。

所以，对于一个非常高速的系统如一个40Gb/s系统，开发能用单个器件改变色散量的一个“可变的色散补偿器”是极其重要的。作为一个可变的色散补偿器，已经提出一个能将它的色散量从-383ps/nm改变到+615ps/nm的平面光波电路(PLC)(例如，参见K.Takiguchi等，ECOC 93ThC 12.9，已将它作为参考结合到本申请中)。然而，一个有一个从-383ps/nm到+615ps/nm的可变范围的可变的色散补偿器，在一个SMF有一个+18ps/nm/km的色散值的情形中，仅能支持长到20km的传输距离。还有，通过制造的办法以及从可控性的观点来看在商业上实施是困难的。