專利名稱：波分復(fù)用光學(xué)性能監(jiān)視器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及光學(xué)信號設(shè)備，該設(shè)備通過評估不同波長信道中的信息(例如，每一波長信道中的光功率、光學(xué)信噪比、信道的中心波長)來監(jiān)視波分復(fù)用系統(tǒng)中的光學(xué)信號質(zhì)量。
背景技術(shù)：
為了確保光學(xué)信號的質(zhì)量，光學(xué)通信公司將光學(xué)監(jiān)視器放置在其網(wǎng)絡(luò)中的不同位置，網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)視器位置的數(shù)量越多，對于所述通信公司來講，就越容易找出問題的根源在哪里，從而更快地將它修正。為了成為有效的信息，光學(xué)監(jiān)視器所收集的信息需要具有高度的精確性。一種能夠限制該監(jiān)視器的精確性和有效性的效應(yīng)是偏振相關(guān)性。例如，一種基于可調(diào)諧布拉格光柵的光學(xué)陷波濾光器可能具有過高的雙折射程度(兩個偏振本征模(兩個獨立的偏振態(tài)，這兩個偏振態(tài)的線性組合形成了其他所有的偏振態(tài))的折射率之差)，導(dǎo)致濾光器下降了不同的波長(在特定的調(diào)諧設(shè)置時)，這種下降是取決于偏振的，或者下降了兩個波長的組合(如果該光學(xué)信號是兩個偏振本征模的組合)。這種偏振的分離是不符合要求的，這是因為它降低了監(jiān)視器的精確性，極端的情況下還會使監(jiān)視器無效。
典型地，光學(xué)性能監(jiān)視器的核心在于其可調(diào)諧濾光器。當(dāng)通過一些致動機(jī)構(gòu)(熱、壓力、電場、磁場等)對濾光器進(jìn)行調(diào)諧時，濾光器的一些特性就會典型地發(fā)生變化(除下降了不同波長之外)。改變的特性會包括一些有害的影響，隨著濾光器被調(diào)整到所關(guān)心的波長帶中的不同位置，這些影響會變得更為嚴(yán)重或更不嚴(yán)重。
各種類型的光學(xué)性能監(jiān)視器可以通過以下文章獲知US6433901描述了一種“光學(xué)性能監(jiān)視器”；US6407376描述了一種“具有自校正功能的光學(xué)信道監(jiān)視系統(tǒng)”，在該系統(tǒng)中同時執(zhí)行光學(xué)性能的監(jiān)視和校正；US6396051描述了一種“用于DWDM系統(tǒng)的高分辨率光學(xué)性能監(jiān)視器”，其利用陷波濾光器執(zhí)行光學(xué)性能的監(jiān)視，該濾光器是形成在玻璃光纖中的布拉格光柵；US6373632描述了一種“可調(diào)諧法布里-珀羅濾光器”；US6344910描述了一種“光學(xué)性能監(jiān)視器”，其中利用解復(fù)用器和開關(guān)執(zhí)行監(jiān)視；US6341039描述了一種“用于可調(diào)諧法布里-珀羅濾光器的柔性薄膜”，其中利用可調(diào)諧法布里-珀羅濾光器執(zhí)行光學(xué)性能的監(jiān)視；US6310703描述了一種“在波分復(fù)用光纖光學(xué)系統(tǒng)中用于光學(xué)性能監(jiān)視的方法和裝置”，其中的光學(xué)性能監(jiān)視是通過以下方法執(zhí)行的將光學(xué)信號分成兩個部分，并將一部分通過光學(xué)濾光器發(fā)送，該光學(xué)濾光器具有作為波長的函數(shù)的連續(xù)遞增或遞減的透射率，而保持另一部分未受干擾，將兩部分的比值用于校正，同時獲得從未受干擾的信號部分讀取的功率；US6407376描述的一種“具有自動校正功能的光學(xué)信道監(jiān)視系統(tǒng)”，同時執(zhí)行光學(xué)性能的監(jiān)視和校正。
以上的全部技術(shù)涉及多個大型光學(xué)元件，而不涉及集成光學(xué)元件(芯片上的光學(xué)電路)，并且沒有解決光學(xué)濾光器的偏振相關(guān)特性的問題。
術(shù)語“可調(diào)諧濾光器”在這里表示一種設(shè)備，其在所關(guān)心的波長帶上進(jìn)行掃描，從而探測信號并將這些探測得到的信號按規(guī)定路線發(fā)送到光功率探測器。
“光功率探測器”在這里是一種用于探測信號的設(shè)備(例如，光電二極管)?！爸聞訖C(jī)構(gòu)”在這里表示一種用于引起濾波器致動機(jī)構(gòu)設(shè)備中的調(diào)諧變化的裝置，其包括熱、壓力、電場、磁場以及類似的機(jī)構(gòu)。
“雙折射程度”為兩個偏振本征模的折射率之差。
“耦合器”在這里是由兩個或多個光纖組成的波導(dǎo)，這些波導(dǎo)彼此靠得很近，接近程度使得相鄰的波導(dǎo)的模場在某種程度上相互重疊。
“偏振本征模”是指一種獨立的偏振態(tài)。每個獨立的本征模的線性組合形成了其他所有的偏振態(tài)。本征模的分離使得可以對“偏振模式色散(PMD)”進(jìn)行測量。
“光學(xué)監(jiān)視器”是指可以安置在光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中不同位置的一個或多個設(shè)備，從而確保光學(xué)信號的質(zhì)量。所監(jiān)視的信息包括每個波長信道的光功率、光學(xué)信噪比(OSNR)、信道的中心波長和偏振模式色散。
“波分復(fù)用系統(tǒng)”在這里是指“WDM”。
發(fā)明概述本發(fā)明通過將兩個偏振本征模分開進(jìn)行處理，避免了由調(diào)諧機(jī)構(gòu)引起的性能偏差。每個偏振本征模的濾光器可以以不同的速率進(jìn)行調(diào)諧，從而適應(yīng)了隨著調(diào)諧由于雙折射程度的變化而引起的偏振分離的變化。本發(fā)明總體涉及光學(xué)信號設(shè)備，該設(shè)備通過評估不同波長信道中的信息(例如，每一波長信道中的光功率、光學(xué)信噪比、信道的中心波長)，從而監(jiān)視波分復(fù)用系統(tǒng)中的光學(xué)信號質(zhì)量。該設(shè)備的實施例包括可調(diào)諧濾光器，該濾光器在所關(guān)心的波長帶上進(jìn)行掃描，并且在它們調(diào)諧時分出窄信號，其中所述分出的信號按照規(guī)定路線被發(fā)送到光功率探測器(例如光電二極管)。在濾光器對兩個偏振本征模進(jìn)行了不同處理的情況下，在本設(shè)備的一些實施例中通過沿著兩條獨立的路徑發(fā)送兩個偏振本征模并將每個模分開地進(jìn)行處理，從而校正這種偏差。兩種偏振本征模的分離也使得可以對偏振模式色散進(jìn)行測量。
更特別地，本發(fā)明涉及波分復(fù)用(WDM)光學(xué)性能監(jiān)視器裝置，該裝置基于可調(diào)諧濾光器并且表現(xiàn)出基本上與偏振無關(guān)的特性，其中的偏振無關(guān)性是通過使用從下組中選擇的設(shè)備以及偏振器而獲得的，該組包括(a)偏振模式分路器；和(b)功率分路器或開關(guān)。該裝置可以包括一個實施例，其中可調(diào)諧濾光器基于布拉格光柵。在一個實施例中，通過使用一個絕對波長基準(zhǔn)，使監(jiān)視器表現(xiàn)出基本上絕對的波長精確度。可以將一種專用的光源與該絕對波長基準(zhǔn)結(jié)合使用。該絕對波長基準(zhǔn)可以包括反射濾波器。在一個實施例中，反射濾波器為光纖布拉格光柵。該光柵可以是無熱的。該基準(zhǔn)可以包括一個包含透射濾波器的絕對波長基準(zhǔn)。該透射濾波器可以是校準(zhǔn)器，其可以是無熱的。
上述的裝置可以測量以下所要監(jiān)視的輸入光學(xué)信號的特性中的至少一個每個波長信道的光功率、光學(xué)信噪比(OSNR)、信道的中心波長和偏振模式色散(PMD)。


圖1描述了一種在輸入端處具有偏振分路器的光學(xué)監(jiān)視器，其中具有兩個可調(diào)諧反射濾光器。
圖2描述了一種在輸入端處具有偏振分路器的光學(xué)監(jiān)視器，其中具有多個可調(diào)諧反射濾光器。
圖3描述了一種光學(xué)監(jiān)視器，其中在輸出端處發(fā)生偏振分離。
圖4描述了一種光學(xué)監(jiān)視器，其中在輸出端處通過1×2開關(guān)發(fā)生偏振分離。
圖5描述了一種光學(xué)監(jiān)視器，其中在輸出端處發(fā)生偏振分離，并且其中利用1×2功率組合器將兩個MXI的輸出組合在一起，允許使用一對偏振器或探測器。
圖6描述了一種光學(xué)監(jiān)視器，其中在輸出端處通過1×2開關(guān)發(fā)生偏振分離，并且其中利用1×2功率組合器將兩個MXI的輸出組合在一起，允許使用一對偏振器或探測器。
圖7描述了一種光學(xué)監(jiān)視器，其中在輸出端處發(fā)生偏振分離，并且其中利用1×2功率組合器將兩個MXI的輸出組合在一起，允許使用一對偏振器或探測器。
圖8描述了一種如圖7中的光學(xué)監(jiān)視器，其中反射波長在輸出端處從組合器和分路器之間的抽頭中獲得其輸入。
圖9描述了一種如圖7中的光學(xué)監(jiān)視器，其中一個單獨的MZ I覆蓋了整個光譜范圍。
圖10描述了一種如圖8中的光學(xué)監(jiān)視器，其中一個單獨的MZI覆蓋了整個光譜范圍。
圖11描述了一種與圖10相似的監(jiān)視器，其中將基準(zhǔn)信號的輸出與被監(jiān)視的輸入信號組合在一起。
圖12描述了一種與圖11相似的監(jiān)視器，但是其中使用了兩個基準(zhǔn)。
圖13描述了一種與圖11相似的監(jiān)視器，除了兩個MZI覆蓋了波長調(diào)諧器的兩段之外。
圖14描述了一種與圖13相似的監(jiān)視器，其中使用了兩個基準(zhǔn)。
圖15描述了一種與圖11相似的監(jiān)視器，其中使用了一個透射波長基準(zhǔn)。
圖16描述了一種與圖15相似的監(jiān)視器，其中使用1×2開關(guān)取代了1×2組合器。
圖17描述了對于熱可調(diào)諧陷波濾光器，波長與溫度關(guān)系的非同一調(diào)諧曲線。
發(fā)明詳述本發(fā)明總體涉及光學(xué)信號設(shè)備，該設(shè)備通過評估不同波長信道中的信息來監(jiān)視波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中的光學(xué)信號質(zhì)量。該設(shè)備監(jiān)視的信息可以包括(但不限于)以下內(nèi)容-每一波長信道中的光功率-光學(xué)信噪比-信道的中心波長-偏振模式色散(PMD)該設(shè)備包括可調(diào)諧陷波濾光器，其在所關(guān)心的波長帶上進(jìn)行掃描，并且在它們進(jìn)行調(diào)諧時分出窄信號，所述窄信號按照規(guī)定路線被發(fā)送到光功率探測器(例如光電二極管)。在一個單獨的濾光器不能在整個所關(guān)心的譜帶上調(diào)諧的情況下，可以用一個電路取代該濾光器，該電路包括多個獨立的濾光器，這些濾光器覆蓋了所述譜帶的不同區(qū)段。
在濾光器對兩個偏振本征模進(jìn)行了不同處理的情況下，本發(fā)明的一些實施例通過沿著兩條獨立的路徑發(fā)送兩個偏振本征模并將每個模分開地進(jìn)行處理，從而校正了這種偏差。偏振的分離可以出現(xiàn)在輸入端，在輸入端可以使用偏振分路器并且將每個偏振發(fā)送到分開的可調(diào)諧濾光器(當(dāng)使用了可調(diào)諧濾光器時，與之相對的是開關(guān)和固定濾光器)?；蛘撸?dāng)一個單獨的可調(diào)諧濾光器處理了兩個偏振并且將其輸出發(fā)送到兩個特定偏振探測器(每個探測器可以是偏振器和光電二極管的組合)時，偏振的分離也可以出現(xiàn)在輸出端。偏振模式的分離也使得可以對PMD進(jìn)行測量。
附圖詳解圖1輸入到該芯片中的輸入信號是被監(jiān)視信號中的一小部分(典型地，所述的輸入信號已經(jīng)從主信號中分流出來，并且該信號典型地具有主信號光功率的百分之一到十分之一)。所述的輸入信號進(jìn)入芯片并穿過偏振分路器。偏振分路器可以包括1×2分路器，該1×2的兩個臂相互足夠分開，以避免它們之間的漸逝耦合，2個臂中的一條具有一個半波片，另一條具有一個移相器(例如加熱器)，然后這兩個臂在一個漸逝區(qū)域會合，繼而再次分開，在一個臂中具有兩個偏振本征模中的一個(比如TE-橫向電模)，另一個本征模(比如TM-橫向磁模)在另一個臂中。兩個不同的偏振信號中的每一個都按規(guī)定路線發(fā)送到可調(diào)諧陷波濾光器?？烧{(diào)諧濾光器可以是半個具有光柵的馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)，其中光進(jìn)入一個3dB的耦合器(可以是漸逝耦合器、MMI耦合器或小MZI耦合器，其可調(diào)諧為50/50的平衡，其調(diào)諧過程可通過熱學(xué)方法完成)，然后光的功率被分為50/50，并進(jìn)入兩個具有布拉格光柵的臂，布拉格光柵(窄帶反射濾光器)橫跨這兩個臂，該光柵為可調(diào)諧的(比如利用特定模式的加熱器通過熱量調(diào)諧)。使每個MZI反射一個窄波帶，該波帶沿一個輸出臂輸出(可以借助于移相器(可以是熱的)從而確保MZI臂之間適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系)，并且使該波帶按規(guī)定路線發(fā)送到探測器(比如光電二極管)。每個光柵可以處于不同的設(shè)定點(比如溫度)，并且如果兩個偏振本征模未調(diào)諧到相同的等級，那么每個光柵也可以被調(diào)諧到不同的等級。同樣，通過控制電路可以將MZI的耦合器的調(diào)諧和相同MZI的光柵的調(diào)諧連接起來，從而使50/50的耦合出現(xiàn)在光柵被調(diào)諧到的波長處，這是因為典型的耦合器是波長相關(guān)的。
此外，使用高速探測器使得可以通過測量兩個偏振本征模之間的延遲來測量PMD。
圖2除了每個調(diào)諧濾光器被兩個可調(diào)諧濾光器取代之外，均與圖1相似，這是為了防止單獨的濾光器不能覆蓋所關(guān)心的整個波長帶。利用一個1×2開關(guān)可以在濾光器對中選擇一個或另一個濾光器。相同的概念可以依照比例適用于任意數(shù)量N的具有1×N開關(guān)的濾光器。
圖3除了偏振分離出現(xiàn)在芯片的輸出端，而不是輸入端之外，均與圖2相似。全部輸入信號(包括所有偏振)進(jìn)入覆蓋了所關(guān)心的波長范圍的MZI，然后使反射信號分為2個功率基本相等的信號(通過使用一個3dB或50/50的功率分路器)，它們穿過正交偏振的偏振器入射到探測器上(例如，一個探測器具有一個TE方向的偏振器，另一個探測器具有TM方向的偏振器)。通過收集對應(yīng)于兩種偏振的兩種功率光譜，消除了濾光器的偏振相關(guān)性，同時根據(jù)校正表再次將兩種光譜組合起來并具有適當(dāng)?shù)囊莆?。圖17通過表示出一種熱可調(diào)諧濾光器的TE和TM調(diào)諧曲線(波長對溫度)闡明了這個觀點；本圖分開地給出了兩條功率相對于溫度的曲線(在探測器處收集的)，然后可以通過軟件將兩條曲線組合起來從而產(chǎn)生希望的功率相對于波長的光譜；對于每個波長，將在對應(yīng)于該波長的溫度TTE和TTM時測得的兩個功率值PTE和PTM相加。
此外，在輸出端處的偏振器和收集來自相同濾光器的反射的探測器可以獲得比使用偏振模式分路器和分離的濾光器更加精確的PMD測量，這是因為在后者的情況中(如圖1和2)，兩個濾光器可能不同步。
圖4除了用1×2開關(guān)取代了在輸出端處的功率分路器之外，均與圖3相似，這使得有更大的功率到達(dá)探測器，從而提高了組件的動態(tài)范圍。這個設(shè)備的操作需要切換該1×2開關(guān)從而交替地收集兩種偏振態(tài)的數(shù)據(jù)。
圖5除了用1×2功率組合器將2個MZI的輸出組合在一起之外，均與圖3相似，這使得可以使用單獨一對偏振器/探測器。
圖6除了用1×2開關(guān)將2個MZI的輸出組合在一起之外，均與圖4相似，這使得可以使用單獨一對偏振器/探測器。該附加1×2開關(guān)被置于對應(yīng)于所使用的MZI的單一狀態(tài)。
圖7與圖5相似，但是包括了基于反射陷波濾光器(例如光纖布拉格光柵)的絕對波長基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)是無熱的或熱的，其中熱濾光器可被保持在基本上恒定溫度狀態(tài)或與溫度傳感器一起使用(然而其折射率典型地隨環(huán)境和時間保持穩(wěn)定)。在這種配置中，基準(zhǔn)從兩個MZI的輸出的組合中獲得其輸入。
圖8除了反射波長基準(zhǔn)在輸出端處從組合器和分路器之間的抽頭中獲得其輸入之外，均與圖7相似。
圖9除了使用單獨的MZI覆蓋了所關(guān)心的整個光譜范圍之外，均與圖7相似。
圖10除了使用單獨的MZI覆蓋了所關(guān)心的整個光譜范圍之外，均與圖8相似。
圖11除了絕對反射波長基準(zhǔn)從專用光源(例如發(fā)光二極管(LED))中獲得其輸入之外，均與圖10相似，這是因為該基準(zhǔn)對單一波長反射，被監(jiān)視的入射光學(xué)信號中不保證具有該波長的信號。在這種情況下，將基準(zhǔn)的輸出與被監(jiān)視的入射光學(xué)信號相互組合。可以用1×2開關(guān)取代1×2組合器。
圖12與圖11相似，除了使用了兩個基準(zhǔn)(典型地在調(diào)諧波長范圍的每一端具有一個)，從而在校正曲線上提供了兩個點，獲得了更高精確度。
圖13與圖11相似，除了使用兩個MZI覆蓋了波長調(diào)諧范圍的兩段?；鶞?zhǔn)的輸出和被監(jiān)視的入射光學(xué)信號進(jìn)入2×2(橫桿)開關(guān)。在這種配置中，在一個MZI用于監(jiān)視的同時，可以校正另一個MZI。
圖14與圖13相似，除了使用了兩個基準(zhǔn)(典型地在調(diào)諧波長范圍的每一端具有一個)，從而在校正曲線上提供了兩個點，獲得了更高精確度。
圖15與圖11相似，除了使用了透射絕對波長基準(zhǔn)(例如法布里-珀羅校準(zhǔn)器)。如果這個基準(zhǔn)是校準(zhǔn)器，那么它提供連續(xù)的梳狀的基準(zhǔn)峰值，使得可以在調(diào)諧范圍上非常精確地校正調(diào)諧曲線。
圖16與圖15相似，除了用1×2開關(guān)取代了1×2組合器。所述1×2開關(guān)可被完全地切換，可以使通過該設(shè)備的光學(xué)透射損失更小，從而獲得更高的動態(tài)范圍。所述1×2開關(guān)也可用于有效的50/50的調(diào)整平衡。
圖17對于熱可調(diào)諧陷波濾光器的非同一TE和TM調(diào)諧曲線(波長對溫度)的例子。
在以上的全部附圖中，輸出端、輸入端和基準(zhǔn)可以在芯片的任意面上，芯片的形狀可以是除矩形外的其他形狀。
權(quán)利要求
1.一種波分復(fù)用(WDM)光學(xué)性能監(jiān)視裝置，其基于可調(diào)諧的濾光器，并顯示出基本上與偏振無關(guān)的特性，其中偏振無關(guān)性是通過使用從下組選出的設(shè)備以及偏振器而獲得的，該組包括(a)偏振模式分路器；(b)功率分路器或開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其中可調(diào)諧濾光器基于布拉格光柵。
3.如權(quán)利要求1的裝置，其顯示出基本上絕對的波長精確性。
4.如權(quán)利要求3的裝置，其中絕對的波長精確性是通過使用絕對的波長基準(zhǔn)獲得的。
5.如權(quán)利要求4的裝置，其中將專用光源與該絕對波長基準(zhǔn)結(jié)合使用。
6.如權(quán)利要求4的裝置，其中絕對波長基準(zhǔn)包括反射濾光器。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其中反射濾光器是光纖布拉格光柵。
8.如權(quán)利要求7的裝置，其中光纖布拉格光柵是無熱的。
9.如權(quán)利要求4的裝置，其中絕對波長基準(zhǔn)包括透射濾光器。
10.如權(quán)利要求9的裝置，其中透射濾光器是校準(zhǔn)器。
11.如權(quán)利要求10的裝置，其中校準(zhǔn)器是無熱的。
12.如權(quán)利要求1的裝置，其中對將被監(jiān)視的入射光學(xué)信號的以下特性中的至少一個進(jìn)行測量每一波長信道中的光功率、光學(xué)信噪比(OSNR)、信道的中心波長以及偏振模式色散(PMD)。
全文摘要
本發(fā)明總體涉及光學(xué)信號設(shè)備，其用于通過評估不同波長信道中的信息來監(jiān)視波分復(fù)用系統(tǒng)中的光學(xué)信號質(zhì)量。
文檔編號G02B6/293GK1602598SQ02824553
公開日2005年3月30日 申請日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月10日
發(fā)明者L·埃爾達(dá)達(dá), P·格爾哈德特 申請人:納幕爾杜邦公司