專利名稱：提高光性能監(jiān)測(cè)儀波長分辨率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，特別是提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀(OPM)波長分辨率的方法。
背景技術(shù)：
高速大容量密集波分復(fù)用系統(tǒng)及全光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始廣泛的應(yīng)用，為保證信息穩(wěn)定、可靠的傳輸，需要使用光性能監(jiān)控儀在光傳輸層實(shí)時(shí)監(jiān)控光信號(hào)的性能(光信號(hào)的性能包括三個(gè)指標(biāo)功率、波長、光信噪比)。這種應(yīng)用對(duì)光性能監(jiān)控儀提出了很高的要求既要具有與實(shí)驗(yàn)室使用的光譜分析儀相比擬的光譜分析能力，又要具有高速檢測(cè)及報(bào)告故障的能力(典型的測(cè)量及報(bào)告時(shí)間在毫秒量級(jí)，而且要小于光網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)保護(hù)的50ms時(shí)間)，同時(shí)光性能監(jiān)控儀也要適用于現(xiàn)場(chǎng)的安裝使用，又要求其盡可能小的校準(zhǔn)及再校準(zhǔn)需求。為滿足對(duì)光性能監(jiān)控儀的各項(xiàng)要求，大部分的光性能監(jiān)控儀采用光柵加高分辨率陣列探測(cè)器的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的光性能監(jiān)控儀具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、高速測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)而且由于沒有需要移動(dòng)的部件，校準(zhǔn)后幾乎不需要再校準(zhǔn)。經(jīng)過算法處理后的這種光性能監(jiān)控儀在測(cè)量光功率和光信噪比的能力方面能夠與實(shí)驗(yàn)室使用的光譜分析儀相比擬。但是這種結(jié)構(gòu)的光性能監(jiān)控儀依靠陣列探測(cè)器像素的尺寸和總象素的個(gè)數(shù)來提供波長的測(cè)量和分辨能力。受單個(gè)象素尺寸和總象素?cái)?shù)目的限制，波長分辨率不能滿足高性能的光性能監(jiān)控儀的要求。例如，用象素線寬25um、總數(shù)512象素的陣列探測(cè)器監(jiān)控C波段32nm的光譜范圍內(nèi)光信號(hào)的光性能監(jiān)控儀，其波長分辨率為每象素0.0625nm，經(jīng)過處理后，波長分辨率剛剛滿足50GHz的光性能監(jiān)控的要求，而對(duì)于較寬的光譜范圍甚至更寬的C+L段的光譜范圍，則無法提供要求的波長分辨率。為了提高波長分辨率，目前采用的方法是減小單個(gè)象素的尺寸，同時(shí)增加象素總數(shù)。目前單個(gè)象素尺寸最小在25um，通常是采用增加象素總數(shù)的辦法來增加波長分辨率，這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)器件的尺寸增大和成本的巨大耗費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高波長分辨率的簡單易行的方法。這種方法在保持象素的尺寸及總象素的數(shù)目不變的同時(shí)，能成倍的提高光性能監(jiān)控儀(OPM)的波長分辨率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是通過光輸入端口輸入光信號(hào)，通過色散部分的分光元件組將光信號(hào)的光譜空間分布在陣列探測(cè)平面上，通過數(shù)據(jù)處理部分對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，其特征是將光信號(hào)空間分布的光譜在探測(cè)平面上依次平移一段距離，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法之一是光輸入端口采用具有路選功能的光開關(guān)，光開關(guān)的N個(gè)輸出端口與色散部分的N個(gè)輸入端口相連，光開關(guān)依次選通N個(gè)輸入端口，把光信號(hào)依次輸入到色散部分的N個(gè)輸入端口中，通過控制相鄰光信號(hào)輸入端口的夾角，來控制輸入光信號(hào)的整個(gè)光譜在探測(cè)平面上平移一段距離，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法之二是通過等間隔的轉(zhuǎn)動(dòng)分光元件組中的光柵的角度，控制整個(gè)光譜在探測(cè)平面上平移相應(yīng)的一段距離，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法之三是等間隔的移動(dòng)陣列探測(cè)器，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法之四是等間隔的改變?nèi)肷浣堑姆较?，控制整個(gè)光譜在探測(cè)平面上平移相應(yīng)的一段距離，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，其特征是將光信號(hào)空間分布的光譜在探測(cè)平面上依次平移2-7次，使同一像素能測(cè)量2-7個(gè)不同的波長值。
當(dāng)選用光開關(guān)時(shí)，選用2-7個(gè)輸出端口的光開關(guān)與色散部分的2-7個(gè)輸入端口相連，光開關(guān)依次選通2-7個(gè)輸入端口。
所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，其中將光信號(hào)空間分布的光譜在探測(cè)平面上依次平移的距離是象素線寬的N分之一。


附圖1是采用具有路選功能的光開關(guān)實(shí)施方案原理圖、附圖2是通過等間隔的轉(zhuǎn)動(dòng)光柵實(shí)施方案原理圖、圖3是間隔的移動(dòng)陣列探測(cè)平面實(shí)施方案原理圖、圖4是間隔的移動(dòng)陣列探測(cè)平面實(shí)施方案局部放大圖、圖5是等間隔的改變?nèi)肷浣堑姆较驅(qū)嵤┓桨冈韴D。圖中10是光開關(guān)，11是輸入波導(dǎo)，11-1、11-2是兩夾角固定的輸入波導(dǎo)，12是準(zhǔn)直透鏡，13是衍射光柵，14是匯聚透鏡，15是探測(cè)平面，16是陣列探測(cè)器，17是數(shù)據(jù)采集器，18是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，19是數(shù)據(jù)處理器，20是光束角度偏轉(zhuǎn)器，1、2、3、4分別是各個(gè)像元之間的交接點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
首先以采用光開關(guān)為例來說明
具體實(shí)施例方式它由一個(gè)1×N的光開關(guān)，其N個(gè)輸出端與色散部分的N個(gè)輸入端口相連；一個(gè)具有N個(gè)輸入端口的色散部分，不同的輸入端口對(duì)應(yīng)不同的入射角即對(duì)應(yīng)不同輸出光譜在空間上的平移量；通過光開關(guān)依次選通N個(gè)輸入端口，依次從不同的輸入端口輸入光信號(hào)，通過色散部分的分光元件組后，光信號(hào)的空間分布的光譜在探測(cè)平面上依次平移一段距離，平移距離的大小與相鄰輸入端口對(duì)應(yīng)的夾角有關(guān)。這樣，同一個(gè)象素能夠測(cè)量不同波長的值，通過數(shù)據(jù)處理部分對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析、處理，從而使波長分辨率比原始波長測(cè)量值提高N倍。
為了便于更好的對(duì)本發(fā)明的理解，我們以一組波長數(shù)據(jù)變?yōu)閮山M，并以采用具有路選功能的光開關(guān)實(shí)施方案為例詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如附圖1所示，光開關(guān)(OS)10選擇N＝2，以象素線寬25um，像素總數(shù)512，測(cè)量光譜范圍32nm的特殊情況來講述本發(fā)明的原理。光信號(hào)通過光開關(guān)(OS)10的選擇，信號(hào)光先通過輸入波導(dǎo)11-2進(jìn)入由12至15組成的分光元件組中，分光元件組色散部分用于實(shí)現(xiàn)不同波長光信號(hào)的空間分離，并把不同波長的光信號(hào)聚焦在探測(cè)平面的不同位置，即分光元件組使不同波長的信號(hào)聚焦在探測(cè)平面15的不同位置處。32nm的光譜范圍用512個(gè)像素測(cè)量，每個(gè)像素的波長分辨率是0.0625nm，既探測(cè)平面上的分辨率是0.0625nm/25um。圖1中16是陣列探測(cè)器的幾個(gè)像元，1、2、3、4分別是各個(gè)像元之間的交接點(diǎn)，假設(shè)以兩端點(diǎn)的波長值的平均表示該像素代表的波長值，則點(diǎn)2和點(diǎn)3之間的像素代表的波長值是λc＝(λ2+λ3)/2。設(shè)從輸入波導(dǎo)11-2輸入時(shí)，點(diǎn)2處的波長值是λ，點(diǎn)3處的波長值是λ+0.0625nm。點(diǎn)2和點(diǎn)3之間的像素代表的波長值是λ+0.0313nm，點(diǎn)3和點(diǎn)4之間的像素代表的波長值是λ+0.0938nm，點(diǎn)1和點(diǎn)2之間的像元代表的波長值是λ-0.0313。依次測(cè)量像素的值可得到分辨率是0.0625nm的一組波長數(shù)據(jù)。
切換光開光10使光信號(hào)從波導(dǎo)11-1進(jìn)入分光元件組，同樣，信號(hào)光的光譜按照不同的波長聚焦在探測(cè)平面的不同位置處，由于輸入波導(dǎo)11-1和11-2有一夾角，從波導(dǎo)11-1輸入時(shí)和從波導(dǎo)11-2輸入時(shí)的光譜位置并不重合，而是平移一定的距離，平移距離的大小與兩個(gè)輸入波導(dǎo)之間的夾角有關(guān)。在圖1中，調(diào)整兩個(gè)輸入波導(dǎo)的夾角使整個(gè)光譜向右平移12.5um，而在此過程中，所有其它的元件保持位置不動(dòng)。這樣通過11-1輸入時(shí)，原先波長值為λ的點(diǎn)2波長值變?yōu)棣?0.0313nm，點(diǎn)3處的波長值變?yōu)棣?0.0313nm，其它各點(diǎn)代表的波長值依次減小0.0313nm，這樣在通過波導(dǎo)11-1輸入時(shí)，點(diǎn)2和點(diǎn)3之間的像素代表的波長值變?yōu)棣?，點(diǎn)1和點(diǎn)2之間的像素代表的波長值為λ-0.0625nm，點(diǎn)3和點(diǎn)4之間的像素代表的波長值為λ+0.0625nm。依次測(cè)量象素的值可以得到另外一組波長分辨率為0.0625nm的波長測(cè)量數(shù)據(jù)，兩組波長數(shù)據(jù)中，波長采樣值相差0.0313nm。
每次測(cè)量的波長數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集器采集后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，兩組波長數(shù)據(jù)測(cè)量完成后，數(shù)據(jù)處理器按照波長值的大小把波長組合起來。這樣通過兩次分辨率為0.0625nm的波長測(cè)量，就得到了一組波長分辨率為0.0313nm的波長測(cè)量數(shù)據(jù)，分辨率提高了一倍。
如果有N個(gè)輸入波導(dǎo)，相互之間的夾角是使整個(gè)光譜在探測(cè)平面上平移0.0625/N nm，這樣通過N次的測(cè)量就可以得到波長分辨率提高N倍的原始波長測(cè)量數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的核心精神是用同一個(gè)象素分別測(cè)量不同的波長值。類似的，通過等間隔的轉(zhuǎn)動(dòng)光柵如附圖2，或等間隔的移動(dòng)陣列探測(cè)器如附圖3，等間隔的改變?nèi)肷浣堑姆较蛉鐖D5等方式同樣可以實(shí)現(xiàn)波長分辨率的提高，其具體實(shí)施方式
和原理與第一種實(shí)施例基本相同，不再詳述，但均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，它通過光輸入端口輸入光信號(hào)，通過色散部分的分光元件組將光信號(hào)的光譜空間分布在陣列探測(cè)平面上，通過數(shù)據(jù)處理部分對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，其特征是將光信號(hào)空間分布的光譜在探測(cè)平面上依次平移一段距離，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，其特征是光輸入端口采用具有路選功能的光開關(guān)，光開關(guān)的N個(gè)輸出端口與色散部分的N個(gè)輸入端口相連，光開關(guān)依次選通N個(gè)輸入端口，把光信號(hào)依次輸入到色散部分的N個(gè)輸入端口中，通過控制相鄰光信號(hào)輸入端口的夾角，來控制輸入光信號(hào)的整個(gè)光譜在探測(cè)平面上平移一段距離，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，其特征是通過等間隔的轉(zhuǎn)動(dòng)分光元件組中的光柵的角度，控制整個(gè)光譜在探測(cè)平面上平移相應(yīng)的一段距離，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，其特征是等間隔的移動(dòng)陣列探測(cè)器，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，其特征是等間隔的改變?nèi)肷浣堑姆较?，控制整個(gè)光譜在探測(cè)平面上平移相應(yīng)的一段距離，使同一像素能測(cè)量不同的波長值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，其特征是將光信號(hào)空間分布的光譜在探測(cè)平面上依次平移2-7次，使同一像素能測(cè)量2-7個(gè)不同的波長值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，其特征是光開關(guān)選用2-7個(gè)輸出端口與色散部分的2-7個(gè)輸入端口相連，光開關(guān)依次選通2-7個(gè)輸入端口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法，其特征是將光信號(hào)空間分布的光譜在探測(cè)平面上依次平移的距離是象素線寬的N分之一。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高基于光柵和陣列探測(cè)器的光性能監(jiān)控儀波長分辨率的方法,通過輸入端口輸入光信號(hào),通過分光元件組將光信號(hào)的光譜空間分布在陣列探測(cè)平面上,通過數(shù)據(jù)處理部分對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,其特征是將光信號(hào)空間分布的光譜在探測(cè)平面上依次平移一段距離,使同一像素能測(cè)量不同的波長值。具體可以是光輸入端口采用具有路選功能的光開關(guān),通過控制相鄰光信號(hào)輸入端口的夾角,來控制輸入光信號(hào)的整個(gè)光譜在探測(cè)平面上平移一段距離,還可通過等間隔的轉(zhuǎn)動(dòng)分光元件組中的光柵的角度、等間隔的移動(dòng)陣列探測(cè)器、等間隔的改變?nèi)肷浣堑姆较虻确绞綄?shí)現(xiàn)。平移的距離是象素線寬的N分之一。
文檔編號(hào)G01J3/18GK1373350SQ0211566
公開日2002年10月9日 申請(qǐng)日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者胡強(qiáng)高, 陳曉虎, 馬琨, 肖清明 申請(qǐng)人:武漢光迅科技有限責(zé)任公司