專利名稱：快速光譜分辨監(jiān)測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及波分復(fù)用(WDM)光信號(hào)的監(jiān)測(cè)，特別是一種用于帶有光放大器的波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)傾斜度的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中，具有不同波長(zhǎng)的多個(gè)光通道被復(fù)用并同時(shí)在一根光纖中傳輸。這些光信號(hào)需要被放大(例如每隔80～120千米)以補(bǔ)償光纖傳輸?shù)膿p耗。
光放大器利用摻稀土元素的光纖放大器(例如，摻鉺光纖放大器)與光泵浦連接，提供所需的光功率增益，以同時(shí)放大所有波長(zhǎng)，這樣可降低每個(gè)通道放大所需的費(fèi)用。但是，當(dāng)光放大器無(wú)法向所有傳輸波長(zhǎng)通道提供相同的光功率增益時(shí)，問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)。
不同波長(zhǎng)的光功率的變化或光譜失真是直接由光放大器增益產(chǎn)生的(例如，非均勻增益曲線)，并且累計(jì)的失真使失真更加嚴(yán)重。而且，較短的波長(zhǎng)作為附加的功率泵浦，導(dǎo)致較長(zhǎng)的波長(zhǎng)經(jīng)歷稱為受激喇曼散射(SRS)的附加增益。結(jié)果，產(chǎn)生帶有正的斜率的光譜傾斜，并且隨著放大器鏈路繼續(xù)增長(zhǎng)。
為了及時(shí)地精確修正和/或控制光譜傾斜，需要監(jiān)測(cè)傾斜并實(shí)時(shí)測(cè)量其斜率。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法使用的是光譜分析儀，其中光譜被掃描或被解復(fù)用到各自的波長(zhǎng)通道，每個(gè)被解復(fù)用的波長(zhǎng)通道的光功率被分別測(cè)量。當(dāng)光譜分析儀相當(dāng)精確時(shí)，它們也非常昂貴且體積比較龐大。而且，盡管這些監(jiān)測(cè)器測(cè)量由穩(wěn)態(tài)信號(hào)功率變化所產(chǎn)生的傾斜很精確，但是它們對(duì)于監(jiān)測(cè)由于快速供應(yīng)、光通道恢復(fù)和瞬間光功率而導(dǎo)致的傾斜又顯得反應(yīng)太慢，所述快速供應(yīng)、光通道恢復(fù)和瞬間光功率由光纖切斷或設(shè)備故障引起。所有這些事件均會(huì)導(dǎo)致光譜嚴(yán)重失真和在小于微秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生正向或負(fù)向的傾斜，使現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)測(cè)技術(shù)在減少對(duì)服務(wù)的負(fù)面影響方面表現(xiàn)出是無(wú)效的。
用于測(cè)量由這些快速瞬態(tài)現(xiàn)象而產(chǎn)生光譜傾斜的監(jiān)測(cè)器典型的是單端監(jiān)測(cè)器，其只能測(cè)量光信號(hào)的總功率。更特別的是，這些監(jiān)測(cè)器是利用受激喇曼散射(SRS)導(dǎo)致的光譜傾斜和光信號(hào)總功率之間的線性關(guān)系推測(cè)出光譜傾斜度的。然而這些快速監(jiān)測(cè)器缺少光譜分辨，而且不能確定光譜傾斜是正向還是負(fù)向，這些信息對(duì)于采取正確的行動(dòng)很重要。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種測(cè)量光譜傾斜度的快速光譜分辨監(jiān)測(cè)器。
本發(fā)明的再一目的是提供一種具有緊湊結(jié)構(gòu)和低成本的用于測(cè)量光譜傾斜度的快速光譜分辨監(jiān)測(cè)器。
本發(fā)明的另一目的是提供帶有精確數(shù)據(jù)的快速反饋以驅(qū)動(dòng)傾斜度修正設(shè)備和/或驅(qū)動(dòng)光泵浦以調(diào)節(jié)光泵浦功率到所需的更高的或更低的值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)光譜傾斜度的方法和設(shè)備，其中光信號(hào)分為多個(gè)分波段，每個(gè)分波段跨越不同的波長(zhǎng)范圍，分波段的數(shù)量少于波長(zhǎng)通道的數(shù)量。光譜傾斜度利用在每個(gè)分波段測(cè)量到的光功率來(lái)計(jì)算。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用多個(gè)薄膜濾波器(TFFs)將光信號(hào)分成多個(gè)分波段。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，使用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)將光信號(hào)分成多個(gè)分波段。
有利地，光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器用于提供光譜分辨率，提高監(jiān)測(cè)速度，降低制造成本。而且，它可以被設(shè)計(jì)成提供在任意寬度內(nèi)的平坦傳輸和沒(méi)有內(nèi)在損耗的分波段傳輸頻帶，同時(shí)仍然可以在帶有很高隔離性的通道間隔的分辨基礎(chǔ)上分解通道波段，而不需要空的或跳過(guò)的通道(dead or skipped channels)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種監(jiān)測(cè)光譜傾斜度的方法，包括使有多個(gè)波長(zhǎng)通道的復(fù)用光信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，以使在光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器中的陣列波導(dǎo)光柵將復(fù)用的光信號(hào)分解成多個(gè)分波段，每個(gè)分波段包括多于一個(gè)的來(lái)自所述多個(gè)波長(zhǎng)通道的波長(zhǎng)通道；在每個(gè)分波段測(cè)量光功率；和，利用在每個(gè)分波段測(cè)量的光功率計(jì)算復(fù)用的光信號(hào)的光譜傾斜度。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，還提供了一種光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，它包括將帶有多個(gè)波長(zhǎng)通道的復(fù)用光信號(hào)分解成多個(gè)分波段的陣列波導(dǎo)光柵，每個(gè)分波段包括多于一個(gè)的來(lái)自所述多個(gè)波長(zhǎng)通道的波長(zhǎng)通道。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，多個(gè)波長(zhǎng)通道中的波長(zhǎng)通道的數(shù)量為n，陣列波導(dǎo)光柵包括用于傳輸復(fù)用光信號(hào)的光波導(dǎo)；波導(dǎo)陣列，所述波導(dǎo)陣列具有光耦合到第一平板波導(dǎo)的第一端和光耦合到第二平板波導(dǎo)的第二端，所述第一平板波導(dǎo)用于接收來(lái)自所述光波導(dǎo)的復(fù)用光信號(hào)，所述第二平板波導(dǎo)用于將所述復(fù)用光信號(hào)的n個(gè)解復(fù)用的分信號(hào)聚焦到n個(gè)獨(dú)立位置；光耦合到第二平板波導(dǎo)的多路多模輸出波導(dǎo)，所述每一路多模輸出波導(dǎo)有經(jīng)選擇的寬度以收集多路解復(fù)用的分信號(hào)并提供所述分波段中的一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，還提供了陣列波導(dǎo)光柵，它包括用于傳輸具有n個(gè)波長(zhǎng)通道的復(fù)用光信號(hào)的光波導(dǎo)；波導(dǎo)陣列，所述波導(dǎo)陣列具有光耦合到第一平板波導(dǎo)的第一端和光耦合到第二平板波導(dǎo)的第二端，所述第一平板波導(dǎo)用于接收來(lái)自光波導(dǎo)的復(fù)用光信號(hào)，所述第二平板波導(dǎo)將復(fù)用光信號(hào)的n個(gè)解復(fù)用的分信號(hào)聚焦到n個(gè)獨(dú)立位置；和光耦合到第二平板波導(dǎo)的多路多模輸出波導(dǎo)，所述每一路多模輸出波導(dǎo)有經(jīng)選擇的寬度以收集多個(gè)解復(fù)用的分信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，包括提供具有多個(gè)波長(zhǎng)通道的復(fù)用光信號(hào)的輸入端；光耦合到輸入端的多個(gè)薄膜濾波器，所述多個(gè)薄膜濾波器用于將復(fù)用光信號(hào)分解成多個(gè)分波段，所述每個(gè)分波段包括多于一個(gè)來(lái)自于所述多個(gè)波長(zhǎng)通道的波長(zhǎng)通道；用于測(cè)量每個(gè)分波段的光功率的光電探測(cè)器；利用在所述每個(gè)分波段測(cè)得的光功率來(lái)計(jì)算所述復(fù)用光信號(hào)的光譜傾斜度的電子控制器。


結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，在這些圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在帶有光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器的WDM系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的示意圖。
圖2A是根據(jù)高通道計(jì)數(shù)和均勻通道分布計(jì)算出的光譜傾斜度；[23]圖2B是當(dāng)一個(gè)分波段滿載而別的分波段空載時(shí)計(jì)算的光譜傾斜度；[24]圖2C是當(dāng)一個(gè)分波段滿載而別的分波段部分載荷時(shí)計(jì)算的光譜傾斜度；[25]圖2D是圖2C中計(jì)算的光譜傾斜度與用標(biāo)準(zhǔn)化波帶功率計(jì)算的光譜傾斜度的比較；[26]圖3是用于計(jì)算光譜傾斜度的運(yùn)算法則的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；[27]圖4A是表示當(dāng)40個(gè)通道波段滿載時(shí)，根據(jù)圖3中所述運(yùn)算法則計(jì)算的光譜傾斜度；[28]圖4B是表示當(dāng)40個(gè)通道中的16個(gè)通道波段滿載時(shí)，根據(jù)圖3中所述運(yùn)算法則計(jì)算的光譜傾斜度；[29]圖4C是表示在一個(gè)極端傾斜的例子中，根據(jù)圖3中所述運(yùn)算法則計(jì)算的光譜傾斜度；[30]圖4D是表示在一個(gè)極端傾斜的例子中，根據(jù)圖3中所述運(yùn)算法則計(jì)算的光譜傾斜度；[31]圖5是適用于如圖1所示的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器的解復(fù)用器的示意圖；[32]圖6A是另一個(gè)基于陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的解復(fù)用器的示意圖，所述陣列波導(dǎo)光柵適用于如圖1所示的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器；[33]圖6B是顯示相對(duì)于多模波導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)的40個(gè)輸出通道的位置和寬度的示意圖；[34]圖6C顯示利用標(biāo)準(zhǔn)AWG平頂技術(shù)(頂端)，按比例縮放的版本(中部)和本發(fā)明(底部)而可獲得的頻帶分離濾波的比較圖； 圖6D是另一個(gè)基于AWG的解復(fù)用器的示意圖，所述AWG適用于如圖1所示的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器；；[36]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在帶有光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器的WDM系統(tǒng)中的雙向節(jié)點(diǎn)的示意圖；和，[37]圖8是具有4個(gè)帶有多模輸出波導(dǎo)的AWG的芯片的示意圖。
注意，在所有附圖中相同的技術(shù)特征用相同的參考數(shù)字標(biāo)識(shí)。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明[39]圖1是一個(gè)波分復(fù)用系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)10的示意圖。節(jié)點(diǎn)10包括光放大器20，光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器30，光譜傾斜補(bǔ)償器40和接頭50。其它元件，例如色散補(bǔ)償模塊(DCMS)(未示出)，可選擇使用。
光放大器20放大傳入節(jié)點(diǎn)10的WDM光信號(hào)。一個(gè)適當(dāng)?shù)墓夥糯笃鞯睦邮菗较⊥猎毓饫w放大器，例如摻鉺光纖放大器。當(dāng)然，其它光放大器，例如拉曼(Raman)放大器或摻鉺光纖放大器與拉曼放大器的混合也可以。在光纖放大器20引入光譜傾斜和/或加強(qiáng)由放大器20的上游引入的光譜傾斜的時(shí)候，光纖放大器20也同時(shí)放大了波長(zhǎng)通道中的所有光信號(hào)的功率水平。
光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器30監(jiān)測(cè)和/或測(cè)量被放大的光的光譜傾斜度。根據(jù)本發(fā)明，光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器30包括波段解復(fù)用器31，所述波段解復(fù)用器31將波分復(fù)用(WDM)光信號(hào)分解成多個(gè)分波段(即波長(zhǎng)波段)。每個(gè)分波段跨越一個(gè)不同的波長(zhǎng)范圍并具有已知的最大數(shù)量的波長(zhǎng)通道。每個(gè)分波段的帶寬與鄰近的分波段帶寬是相同的或不同的，但是并不與其它分波段重疊。每個(gè)分波段或滿載或空載或部分載荷。光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器30也包括用于測(cè)量每個(gè)分波段的總光功率的探測(cè)器39和電子控制器37，所述電子控制器37基于每個(gè)分波段中測(cè)得的總光功率來(lái)計(jì)算光譜傾斜度。
光譜傾斜補(bǔ)償器40接受來(lái)自電子控制器37的控制信號(hào)并對(duì)光譜傾斜進(jìn)行補(bǔ)償。一些適當(dāng)?shù)墓庾V傾斜補(bǔ)償器包括增益平坦濾波器(GFFs)，可調(diào)式光衰減器，和/或動(dòng)態(tài)增益均衡器(DGEs)。可選地，光譜傾斜補(bǔ)償器可以是光放大器的一個(gè)部分(即光譜傾斜可以通過(guò)調(diào)節(jié)光放大器的工作條件來(lái)補(bǔ)償)和/或作為二級(jí)光放大器的一個(gè)部分。
接頭(tap)50分流被放大的光信號(hào)中相對(duì)少的一部分(例如5％)并使其改變方向進(jìn)入光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器30，此時(shí)被放大的光信號(hào)的剩余部分被傳輸?shù)焦庾V傾斜補(bǔ)償器40。一個(gè)適當(dāng)?shù)慕宇^的例子是5/95耦合接頭。
有利的，相對(duì)于光譜分析儀(例如，需要少數(shù)光電探測(cè)器)，根據(jù)本發(fā)明的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器能夠加速監(jiān)測(cè)速度，同時(shí)可以降低制造成本。而且，相對(duì)于單一的功率測(cè)量，根據(jù)本發(fā)明的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器還提高了光譜分辨率。
特別地，尤其當(dāng)波分復(fù)用系統(tǒng)中波長(zhǎng)通道增加和/或減少時(shí)，這種增強(qiáng)的光譜分辨率使得能夠更加精確地計(jì)算光譜傾斜度。例如，參考如圖2A，圖2B和圖2C所描述的實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果。作為范例，通過(guò)四個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性擬合來(lái)計(jì)算光譜斜率度，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與四個(gè)分波段中的一個(gè)的總光功率相對(duì)應(yīng)。在圖2A中，所述光信號(hào)有高通道計(jì)數(shù)和均勻通道分布，據(jù)此繪出的光譜傾斜曲線相當(dāng)精確。如圖2B，一個(gè)分波段滿載其它則空載，據(jù)此繪出的光譜傾斜曲線不準(zhǔn)確。如圖2C，其中一個(gè)分波段滿荷載其它則部分荷載，據(jù)此繪出的光譜傾斜曲線也不準(zhǔn)確。但是在后面的實(shí)例中，可以利用光譜分辨率歸一化每個(gè)分波段的光功率并提高所計(jì)算的光譜傾斜度的精確度。例如，參考圖2d，是由測(cè)得的波段功率(波段功率)所得到的光譜傾斜度與由歸一化的波段功率(歸一化波段功率)所得到的光譜傾斜度的比較。歸一化波段功率利用已知的通道載荷和/或估計(jì)的通道載荷計(jì)算得到的。
參考圖3，它表示運(yùn)算法則的一個(gè)例子，其中在每個(gè)波段的總功率通過(guò)將光功率轉(zhuǎn)化成單位dB而歸一化，以根據(jù)通道的負(fù)載決定相關(guān)的功率增益或損失。在第一步驟60中，光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器利用多個(gè)光電探測(cè)器測(cè)量在每個(gè)分波段的光功率。接著，來(lái)自所有波長(zhǎng)通道的總光功率被計(jì)算，以作為步驟62中測(cè)得的光功率的總和。在步驟64中，總光功率與上次的計(jì)算值相比較。如果總光功率相對(duì)恒定，則重復(fù)步驟60。如果總功率與上次測(cè)得的值相差很大，則根據(jù)步驟68～72計(jì)算光譜傾斜度。更具體地，光譜傾斜度的計(jì)算步驟如下為每一個(gè)分波段計(jì)算估計(jì)的每個(gè)通道的平均功率(步驟68)；利用測(cè)得的每個(gè)分波段的光功率除以估計(jì)的每個(gè)分波段的平均功率來(lái)確定每個(gè)分波段的負(fù)載通道數(shù)量(步驟70)，最后利用步驟70中確定的負(fù)載的通道數(shù)和步驟60中測(cè)得的光功率，就可以計(jì)算出一個(gè)以dB為單位的歸一化波段功率(步驟72)。這些歸一化波段功率被繪制出來(lái)以得到新的光譜斜率度。
在步驟67中，利用光纖中的總信號(hào)功率、光纖的衰減、色散、光纖的種類以及受激喇曼散射(SRS)引起的傾斜取決于較短的波長(zhǎng)的負(fù)載的事實(shí)來(lái)估算光譜傾斜度。相應(yīng)地，預(yù)先存儲(chǔ)的參數(shù)包括總功率和滿載系統(tǒng)中的通道數(shù)量、光纖跨度距離、輸入功率、光纖種類以及由受激喇曼散射引起的傾斜與光纖長(zhǎng)度的圖。
在步驟68中，每個(gè)通道的平均功率用下式進(jìn)行計(jì)算P(j)=PAvg+dPdf(fi-<f>)]]>其中，P(j)等于波段數(shù)為j的每個(gè)通道的平均功率，PAvg等于由來(lái)自光電探測(cè)器的歸一化功率的總和除以滿載系統(tǒng)的通道總數(shù)所得到的每個(gè)通道的平均功率，fj是第j波段的中心頻率，<f>是所有波段的平均中心頻率。特別的，此等式假設(shè)通道的分布是線性的。
圖4A-4D利用上述運(yùn)算法則顯示了不同的模擬的光譜傾斜度。在這些模擬中，光信號(hào)假定為標(biāo)準(zhǔn)的擁有100GHz帶寬的40信道波分復(fù)用(WDM)信號(hào)。圖4A中，40信道波長(zhǎng)波段滿載荷，1.67dB的光譜傾斜度在第一次迭代后計(jì)算得到1.48dB，在第二次迭代后得到1.67dB。如圖4B，其中40信道中的16個(gè)負(fù)載，1.67dB的光譜傾斜度在第一次迭代后計(jì)算得到0.95dB，第二次迭代后得到1.80dB。如圖4C和4D，其中滿載的40信道波長(zhǎng)波段的光譜傾斜是非線性的，令人難以忘記的是-2.68dB的光譜傾斜度在第四次迭代后估計(jì)得到的是-2.15dB，第五次迭代后得到-2.68dB。
圖5是圖1中波段解復(fù)用器31的一個(gè)實(shí)施例。波段解復(fù)用器包括4個(gè)薄膜濾波器(TFFs)15a-d，如圖所示，每個(gè)濾波器分別與不同的光電探測(cè)器17a-d耦合。一個(gè)適當(dāng)?shù)墓怆娞綔y(cè)器的例子是一個(gè)邊緣固定的光電二極管?？蛇x擇的，四個(gè)光電探測(cè)器可被制造成陣列從而降低制造成本。
在實(shí)際操作中，40通道的波分復(fù)用光信號(hào)進(jìn)入解復(fù)用器，它直接指向第一薄膜濾波器15a。第一薄膜濾波器15a將光信號(hào)中的第一部分(即，第一分波段)通過(guò)第一光電探測(cè)器17a，在此處測(cè)量光功率，光信號(hào)中的第二部分到達(dá)下一個(gè)薄膜濾波器15b。第二薄膜濾波器15b將已過(guò)濾的光信號(hào)中的第一部分(即，第二分波段)通過(guò)光電探測(cè)器17b，在此處測(cè)量光功率，已過(guò)濾的光信號(hào)中的第二部分到達(dá)下一個(gè)薄膜濾波器15c。第三薄膜濾波器15c將已二次過(guò)濾的光信號(hào)中的第一部分(即，第三分波段)通過(guò)光電探測(cè)器17c，在那里測(cè)量光功率，已二次過(guò)濾的光信號(hào)中的第二部分到達(dá)下一個(gè)薄膜濾波器15d。薄膜濾波器15d將剩余光信號(hào)(即，第四和剩余分波段)通過(guò)第四光電探測(cè)器17d。利用在每個(gè)分波段測(cè)得的光功率計(jì)算光譜斜率度(例如，用如圖3所示的運(yùn)算法則)?？蛇x擇的，用運(yùn)算法則(未示出)計(jì)算光譜傾斜度，所述運(yùn)算法則可為被薄膜濾波器抑制的分波段之間的通道作補(bǔ)償。
有利地，用基于薄膜濾波器的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器能夠提高光譜分辨率，提供了是正向傾斜還是負(fù)向傾斜的反饋，用基于薄膜濾波器的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器是快速的，是可靠的。關(guān)于監(jiān)測(cè)速度，根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)找到利用光衰減器(VOA)和/或增益平坦濾波器(GFF)在小于大約一微秒內(nèi)修正傾斜度的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器。盡管光衰減器(VOA)和/或增益平坦濾波器(GFF)的精確度比一些補(bǔ)償元件低，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基于光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器的薄膜濾波器(TFF)和快速傾斜補(bǔ)償器的結(jié)合(利用光衰減器和增益平坦濾波器)能提供接近最佳的端到端的性能。
圖6A和6B是圖1中所描述的波段解復(fù)用器31的另一個(gè)實(shí)施例?；陉嚵胁▽?dǎo)光柵的波段解復(fù)用器包括單模輸入波導(dǎo)32、第一平板波導(dǎo)34、具有多個(gè)帶有不同波長(zhǎng)的單模波導(dǎo)的波導(dǎo)陣列35、第二平板波導(dǎo)36和四個(gè)寬的多模輸出波導(dǎo)38a-d，它們都被布置在一個(gè)基片33上，為了說(shuō)明起見(jiàn)，陣列波導(dǎo)光柵31是基于標(biāo)準(zhǔn)的40信道的100GHz陣列波導(dǎo)光柵。四個(gè)光電探測(cè)器39a-d也如圖所示連接于基片33，使得每個(gè)光電探測(cè)器39a-d被置于不同的多模光波導(dǎo)38a-d的端部。優(yōu)選，每個(gè)光電探測(cè)器39a-d有足夠大的帶寬來(lái)收集來(lái)自相應(yīng)的多模輸出波導(dǎo)38a-d中的所有光。例如，假如每個(gè)光電探測(cè)器的帶寬大于相應(yīng)的多模波導(dǎo)輸出端的帶寬，這種標(biāo)準(zhǔn)就可以達(dá)到。一個(gè)合適的光電探測(cè)器的例子是邊緣固定的光電探測(cè)器。可選擇的，四個(gè)光電探測(cè)器被設(shè)置成陣列從而降低制造成本。
在實(shí)際操作中，40信道的波分復(fù)用光信號(hào)進(jìn)入單模輸入波導(dǎo)32，在所述單模輸入波導(dǎo)32中，所述光信號(hào)被傳導(dǎo)通過(guò)第一平板波導(dǎo)34，并被導(dǎo)入波導(dǎo)陣列35。由于陣列中的多個(gè)波導(dǎo)具有不同的波長(zhǎng)，光信號(hào)的不同部分傳播入不同的光波導(dǎo)，會(huì)產(chǎn)生不同的相位以及干擾信號(hào)。此干擾信號(hào)會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)的解復(fù)用，解復(fù)用部分被映像到第二平板波導(dǎo)36的外邊緣。在傳統(tǒng)的陣列波導(dǎo)光柵中，每個(gè)被映像的解復(fù)用部分被不同波導(dǎo)收集，這是已知的技術(shù)，將不再討論。在如圖6A所示的陣列波導(dǎo)光柵中，多模輸出光波導(dǎo)38a-d收集小組的被映像的解復(fù)用信號(hào)成分(即，小組的鄰近的波長(zhǎng)通道)。如圖6B所示，四個(gè)多模輸出光波導(dǎo)38a-d中的每一個(gè)都足夠?qū)捯允占?0個(gè)相鄰的波長(zhǎng)通道，(即，38a收集λ1-λ10，38b收集λ11-λ20，38c收集λ21-λ30，38d收集λ31-λ40)。這些分波段的光功率用光電探測(cè)器39a-d測(cè)量，光譜傾斜度也就計(jì)算出來(lái)(例如，用如圖3所示的運(yùn)算法則)。
有利的，上述陣列波導(dǎo)光柵能夠提供增強(qiáng)的光譜分辨率，提供了是正向傾斜還是負(fù)向傾斜的反饋，為每個(gè)分波段提供一個(gè)寬的平頂線形，而沒(méi)有設(shè)計(jì)損耗，達(dá)到無(wú)隙操作，上述陣列波導(dǎo)光柵是快速的，準(zhǔn)確的，可靠的，并且容易與其它元件集成以形成結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)備。其中的一些優(yōu)點(diǎn)被實(shí)現(xiàn)是因?yàn)殛嚵胁▽?dǎo)光柵擁有足夠的分辨率以分辨光信號(hào)中的通道數(shù)量(即，在本實(shí)施例中通道數(shù)為40)，但是然后將信道分為分波段損害了其分辨率的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)于寬的平頂?shù)男螤?，可直接參考圖6C，它顯示出可實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)陣列波導(dǎo)光柵平頂設(shè)計(jì)的波段分離濾波設(shè)備與具有多模輸出波導(dǎo)的陣列波導(dǎo)光柵相比較。圖6C頂端的圖顯示出被設(shè)計(jì)為解復(fù)用一個(gè)獨(dú)立的通道的傳統(tǒng)的平頂陣列波導(dǎo)光柵光譜。光譜在傳輸頻帶上呈現(xiàn)波紋和固有設(shè)計(jì)損耗。這種平頂設(shè)計(jì)的例子在美國(guó)專利No.5,412,744中被討論，在此通過(guò)參考被結(jié)合入本申請(qǐng)。圖6C中部的圖顯示出簡(jiǎn)單的縮放頂端的圖的光譜以覆蓋一個(gè)波段中的多個(gè)通道(灰色的柱形表示將單獨(dú)的傳輸頻帶分組成分波段)。得到的光譜在相鄰的分波段范圍里呈現(xiàn)很大的干擾。相反的，底部的圖顯示本發(fā)明的具有寬而平的傳輸頻帶而且不帶固有傳輸頻帶損耗的光譜，它在相鄰的分波段范圍里呈現(xiàn)很低的干擾。
關(guān)于達(dá)到無(wú)隙工作，如圖6A，圖6B所示的陣列波導(dǎo)光柵可以在100GHz系統(tǒng)中將相鄰的分波段之間的間隙最小化至小于一個(gè)通道帶寬。換句話說(shuō)，陣列波導(dǎo)光柵技術(shù)有潛力提供10跳躍-0間隙。最小化分波段之間的間隙非常重要，因?yàn)殚g隙中的通道在功率測(cè)量時(shí)將被忽略或部分被忽略，這將會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生直接的影響。需要注意的是薄膜濾波器和/或其它解復(fù)用技術(shù)都不能夠提供這個(gè)級(jí)別的精確度。
關(guān)于監(jiān)測(cè)器的速度，根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)找到利用光衰減器VOA和/或GFF增益平坦濾波器在小于大約一微秒內(nèi)修正傾斜度的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器。
在如圖6A，圖6B所描述的實(shí)施例中，陣列波導(dǎo)光柵對(duì)溫度敏感或絕熱。現(xiàn)有技術(shù)中，陣列波導(dǎo)光柵通常制作成絕熱的以防止波長(zhǎng)通道隨著溫度而偏移。但是根據(jù)本發(fā)明的陣列波導(dǎo)光柵，溫度的校正和/或穩(wěn)定性不總是需要。例如，由于分波段的帶寬很寬而且通道是離散的，每個(gè)分波段的光功率的變化會(huì)在很大程度上僅僅取決于它的邊緣通道。換句話說(shuō)，總的影響將會(huì)取決于波段居量分布(band populaion distribution)。在滿居量波段中，對(duì)于-5至65滿工作范圍，傾斜度和/或功率誤差可以忽略不計(jì)。
圖6D是圖1中所描述的波段解復(fù)用器31的另一個(gè)實(shí)施例。解復(fù)用器基于一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵131，它包括單模輸入波導(dǎo)132；第一平板波導(dǎo)134；波導(dǎo)陣列135，所述波導(dǎo)陣列具有多個(gè)帶有不同波長(zhǎng)的單模波導(dǎo)；第二平板波導(dǎo)136和四個(gè)多模輸出波導(dǎo)138a-d，它們都在一個(gè)基片133上，為了說(shuō)明的目的，陣列波導(dǎo)光柵131是基于標(biāo)準(zhǔn)的40通道的100GHz陣列波導(dǎo)光柵。加熱器129連接到基片以均勻加熱波導(dǎo)陣列135。四個(gè)光電探測(cè)器139a-d也連接到基片133，每個(gè)光電探測(cè)器被置于不同的多模光波導(dǎo)138a-d的端部。優(yōu)選的是，光電探測(cè)器139a-d中的每一個(gè)有足夠大的帶寬以收集來(lái)自相應(yīng)的多模輸出波導(dǎo)138a-d中的所有光。例如，假如每個(gè)光電探測(cè)器的帶寬大于相應(yīng)的多模波導(dǎo)輸出端的帶寬，這種標(biāo)準(zhǔn)就可以達(dá)到。一個(gè)合適的光電探測(cè)器的例子是邊緣固定的光電探測(cè)器。可選擇的，光電探測(cè)器139a-d被制造成一個(gè)陣列從而降低制造成本。
值得注意的是，這個(gè)實(shí)施例利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即隨著溫度的變化每個(gè)分波段的中心波長(zhǎng)是可調(diào)的。這種對(duì)溫度的敏感性可用于進(jìn)一步改進(jìn)光譜的分辨率。
在實(shí)際操作中，40通道的波分復(fù)用光信號(hào)進(jìn)入單模輸入波導(dǎo)132，在所述單模輸入波導(dǎo)132中，所述光信號(hào)被傳導(dǎo)通過(guò)第一平板波導(dǎo)134，并被導(dǎo)入波導(dǎo)陣列135。由于陣列中的多個(gè)波導(dǎo)具有不同的波長(zhǎng)，光信號(hào)的不同部分傳輸入不同的光波導(dǎo)，將會(huì)產(chǎn)生不同的相位和干擾信號(hào)。這種干擾信號(hào)導(dǎo)致光信號(hào)的解復(fù)用，解復(fù)用部分映像在第二平板波導(dǎo)136的外邊緣。四個(gè)多模輸出波導(dǎo)138a-d中的每一個(gè)都被制作成具有足夠的帶寬以收集10路相鄰的波長(zhǎng)通道的光信號(hào)。四個(gè)分波段中的每一個(gè)光功率用不同的光電探測(cè)器測(cè)量(即，139a-d中的一個(gè))。一旦加熱器129第一次啟動(dòng)，溫度就上升。這種溫度的上升使得每個(gè)分波段中收集的光的中心波長(zhǎng)偏移到一個(gè)較高的波長(zhǎng)值。由于分波段邊緣通道的變化，這導(dǎo)致產(chǎn)生四個(gè)新的光功率測(cè)量值。一旦加熱器129第二次啟動(dòng)，溫度就下降。這種溫度的下降使得每個(gè)分波段收集到的光的中心波長(zhǎng)偏移到一個(gè)較低的波長(zhǎng)值。由于分波段邊緣通道的再次變化，導(dǎo)致又產(chǎn)生四個(gè)另外的新的光功率測(cè)量值。然后根據(jù)利用這十二個(gè)光功率測(cè)量值的最小二乘擬合可以繪制光譜斜率圖。有利的是在同樣光電探測(cè)器數(shù)量情況下，此結(jié)構(gòu)可獲得提高的光譜分辨率。
為了說(shuō)明的目的，如圖1所示的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器30是在有反饋的配置下描述的。另外，作為選擇，光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器30可以應(yīng)用在前饋配置中。事實(shí)上，在很多波分復(fù)用系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)光放大器20的上游和下游兩者的光譜傾斜度是有好處的。
參考圖7，它顯示出雙向光纖鏈路中的節(jié)點(diǎn)的示意圖。節(jié)點(diǎn)100包括第一光放大器120a和第二光放大器120b，光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器130，和多個(gè)接頭150a-d。[65]第一光放大器120a和第二光放大器120b放大傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)100的WDM光信號(hào)。一個(gè)適當(dāng)?shù)墓夥糯笃鞯睦邮菗较⊥猎氐墓饫w放大器，例如摻鉺光纖放大器(EDFA)。當(dāng)然，其它的光放大器，例如拉曼(Raman)放大器或拉曼放大器和摻鉺光纖放大器的混合也可以。在光放大器120引入光譜傾斜和/或加強(qiáng)由放大器120a/120b的上游引入的光譜傾斜的時(shí)候，光放大器120也同時(shí)提高波分復(fù)用的光信號(hào)中的所有波長(zhǎng)通道的功率水平。
光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器130監(jiān)測(cè)和/或測(cè)量光放大器120a/120b的上游和下游的光譜傾斜度。根據(jù)本發(fā)明，光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器130包括四個(gè)陣列波導(dǎo)光柵，每個(gè)陣列波導(dǎo)光柵將波分復(fù)用光信號(hào)分解為四個(gè)分波段，每個(gè)分波段具有不同的波長(zhǎng)范圍和具有已知的最大數(shù)量的波長(zhǎng)通道。每個(gè)分波段的帶寬與相鄰的分波段的帶寬是相等的或不同的。每個(gè)分波段滿載，或是空載，或是部分負(fù)載。光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器130還包括用于測(cè)量每個(gè)分波段的總光功率的多個(gè)光電探測(cè)器139，和用于計(jì)算基于每個(gè)分波段測(cè)得的總光功率的光譜傾斜度的電子控制器137。作為選擇，可設(shè)置溫度控制器(未示出)以調(diào)節(jié)陣列波導(dǎo)光柵。
光譜傾斜補(bǔ)償器(未示出)接收來(lái)自光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器130的控制信號(hào)并補(bǔ)償光譜傾斜。一些合適的光譜傾斜補(bǔ)償器的例子包括增益平坦濾波器，可調(diào)式光衰減器，和/或動(dòng)態(tài)增益均衡器?？蛇x的，光譜傾斜補(bǔ)償器可以為光放大器120a/120b。
接頭150a-d分流放大的光信號(hào)中的比較小的部分(例如10％)，并使其改變方向進(jìn)入光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器130，此時(shí)放大的光信號(hào)的剩余部分被傳輸?shù)焦庾V傾斜補(bǔ)償器。一個(gè)合適接頭的例子是10/90耦合接頭。
有利的，光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器130將四個(gè)陣列波導(dǎo)光柵，十六個(gè)光電二極管，一個(gè)溫度控制器和/或光電二極管偏壓電路集成到同一個(gè)芯片上。而且一套電子控制器也用于監(jiān)測(cè)和計(jì)算四路接入信號(hào)中每路的光譜傾斜度。從而，這種配置將使得設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊而且減少了所需元件的數(shù)量。如圖8所示的是帶有四個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的芯片結(jié)構(gòu)，所述芯片被封裝在標(biāo)準(zhǔn)的、全合格的、陣列波導(dǎo)光柵類型的包裝中。
以上描述的本發(fā)明的具體實(shí)施例僅為范例。例如，當(dāng)以上描述的實(shí)施例是基于帶有多模輸出波導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)40通道100GHz的陣列波導(dǎo)光柵，且所述波導(dǎo)有足夠的帶寬以收集10個(gè)波長(zhǎng)通道，因此提供一種監(jiān)測(cè)四個(gè)不同分波段的光功率的方法，也可以在帶有較多或較少通道的波分復(fù)用系統(tǒng)中利用較多或較少的分波段監(jiān)測(cè)光譜傾斜度。另外，在光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器中，帶有多模輸出波導(dǎo)的陣列波導(dǎo)光柵是很有使用價(jià)值的，同時(shí)其它的應(yīng)用也可以預(yù)測(cè)到。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由所附的權(quán)利要求來(lái)限制。
權(quán)利要求
1.一種光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，其特征在于包括將具有多個(gè)波長(zhǎng)通道的復(fù)用光信號(hào)分解成多個(gè)分波段的陣列波導(dǎo)光柵，所述每個(gè)分波段包括多于一個(gè)的來(lái)自所述多個(gè)波長(zhǎng)通道中的波長(zhǎng)通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，其特征在于所述多個(gè)波長(zhǎng)通道中的波長(zhǎng)通道的數(shù)量為n，所述陣列波導(dǎo)光柵包括用于傳輸復(fù)用光信號(hào)的光波導(dǎo)；波導(dǎo)陣列，所述波導(dǎo)陣列具有光耦合到第一平板波導(dǎo)的第一端和光耦合到第二平板波導(dǎo)的第二端，所述第一平板波導(dǎo)用于接收來(lái)自所述光波導(dǎo)的復(fù)用光信號(hào)，所述第二平板波導(dǎo)用于將所述復(fù)用光信號(hào)的n個(gè)解復(fù)用的分信號(hào)聚焦到n個(gè)獨(dú)立位置；和光耦合到第二平板波導(dǎo)的多路多模輸出波導(dǎo)，所述每一路多模輸出波導(dǎo)有經(jīng)選擇的寬度以收集多路解復(fù)用的分信號(hào)并提供所述分波段中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，其特征在于所述光波導(dǎo)是單模波導(dǎo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，包括光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)器光耦合到所述多模輸出波導(dǎo)的每一路，以測(cè)量在所述分波段的每一個(gè)中的光功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，包括電子控制器，所述電子控制器利用測(cè)得的在所述分波段的每一個(gè)中的光功率來(lái)計(jì)算所述復(fù)用光信號(hào)的光譜傾斜度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，其特征在于所述光電探測(cè)器是光電探測(cè)器陣列的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，其特征在于所述光電探測(cè)器陣列，所述電子控制器和所述陣列波導(dǎo)光柵被集成到同一塊基片上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，其特征在于包括用于調(diào)節(jié)所述陣列波導(dǎo)光柵的加熱元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，其特征在于所述多個(gè)分波段中的每個(gè)分波段跨越不同的波長(zhǎng)范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任何一項(xiàng)所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，其特征在于所述陣列波導(dǎo)光柵有足夠的分辨率以分辨n個(gè)波長(zhǎng)通道。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，包括用于監(jiān)測(cè)雙向光纖鏈路的四個(gè)陣列波導(dǎo)光柵。
12.一種陣列波導(dǎo)光柵包括光波導(dǎo)，所述光波導(dǎo)用于傳輸具有n個(gè)波長(zhǎng)通道的復(fù)用光信號(hào)；波導(dǎo)陣列，所述波導(dǎo)陣列具有光耦合到第一平板波導(dǎo)的第一端和光耦合到第二平板波導(dǎo)的第二端，所述第一平板波導(dǎo)用于接收來(lái)自所述光波導(dǎo)的復(fù)用光信號(hào)，所述第二平板波導(dǎo)將所述復(fù)用光信號(hào)的n個(gè)解復(fù)用子信號(hào)聚焦到n個(gè)獨(dú)立位置；和光耦合到第二平板波導(dǎo)的多路多模輸出波導(dǎo)，所述每一路多模輸出波導(dǎo)有經(jīng)選擇的寬度以收集多個(gè)解復(fù)用的分信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述光波導(dǎo)是單模波導(dǎo)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述每路多模輸出波導(dǎo)光耦合到光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)器用于產(chǎn)生光功率測(cè)量值以計(jì)算光譜傾斜度。
15.一種光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器，包括提供具有多個(gè)波長(zhǎng)通道的復(fù)用光信號(hào)的輸入端；光耦合到輸入端的多個(gè)薄膜濾波器，所述多個(gè)薄膜濾波器用于將復(fù)用光信號(hào)分解成多個(gè)分波段，所述每個(gè)分波段包括多于一個(gè)來(lái)自于所述多個(gè)波長(zhǎng)通道的波長(zhǎng)通道；用于測(cè)量每個(gè)分波段的光功率的光電探測(cè)器；和利用在所述每個(gè)分波段測(cè)得的光功率來(lái)計(jì)算所述復(fù)用光信號(hào)的光譜傾斜度的電子控制器。
全文摘要
一種用于監(jiān)測(cè)光譜傾斜度的方法和裝置，利用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)將具有多個(gè)波長(zhǎng)通道的復(fù)用光信號(hào)分解成多個(gè)分波段，其中每個(gè)分波段跨越不同的波長(zhǎng)范圍且包括多于一個(gè)波長(zhǎng)通道。提供光電探測(cè)器陣列用于測(cè)量每個(gè)分波段的光功率，同時(shí)電子控制器利用在每個(gè)分波段測(cè)得的光功率來(lái)計(jì)算復(fù)用光信號(hào)的光譜傾斜度。根據(jù)本發(fā)明的光譜傾斜度監(jiān)測(cè)器可以提供光譜分辨率，提高了監(jiān)測(cè)速度并降低了制造成本。
文檔編號(hào)G02B6/293GK1758568SQ20051010787
公開(kāi)日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2005年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月6日
發(fā)明者丹尼爾·愛(ài)爾塞拉姆赫, 大衛(wèi)·J.·高奇 申請(qǐng)人:Jds尤尼弗思公司