專利名稱：利用可調(diào)光帶通濾波器和偏振致零方法的光信噪比監(jiān)測方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測光信噪比(optical signal to noise ratio，簡稱OSNR)的方法和設(shè)備，特別涉及通過利用可調(diào)光帶通濾波器和偏振致零方法自動監(jiān)測波分復(fù)用(wavelength division multiplexing，簡稱WDM)光傳輸系統(tǒng)的每個(gè)光通道的光信噪比的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
對于超大容量WDM光通信網(wǎng)絡(luò)的可靠操作和管理來講，對系統(tǒng)的傳輸性能和特征的密切檢測是本質(zhì)上必需的。光信噪比定義為某光信號帶中傳輸?shù)墓庑盘柟β逝c噪聲信號功率的比率。對該比率的精確測量使得診斷該光傳輸系統(tǒng)的系能成為可能。
傳統(tǒng)的光信噪比測量方法中，光信噪比是通過基于一光信號帶外部的其它頻帶的放大自發(fā)輻射(amplified spontaneous emission，簡稱ASE)噪聲強(qiáng)度，在該光信號帶中線性內(nèi)插該放大自發(fā)輻射噪聲強(qiáng)度被測量的(H.Suzukiand N.Takachino，Electronic Letter Vol.35，pp.836-837，1999)。在該線性插值法中，一光信號帶的ASE噪聲估計(jì)等于其它頻帶的恒定ASE噪聲。如圖1所示，每個(gè)信號帶的ASE噪聲估計(jì)位于虛線所表示的水平。因此，每個(gè)信號帶的光信噪比基于這一估計(jì)的ASE噪聲被確定。
然而，如圖2所示，在各個(gè)光信號可通過不同的光路和不同數(shù)量的摻鉺光纖放大器(EDFA)傳輸?shù)腤DM光傳輸系統(tǒng)中，每個(gè)光信號帶中包括的ASE噪聲可均不相同。這樣的傳輸系統(tǒng)的光信號帶中包括的實(shí)際ASE噪聲會不同于通過圖1所示的線性插值法估計(jì)出來的ASE噪聲。因此，通過利用線性插值法正確地測量光信噪比是不可能的。
為了解決上述問題，韓國專利第341825號“利用偏振致零方法的光信噪比監(jiān)測方法和設(shè)備”公開了一種通過偏振致零方法測量光信噪比的方法，該方法利用了光信號和ASE噪聲的偏振特性。以下將結(jié)合圖3對傳統(tǒng)的利用偏振致零方法的光信噪比測量進(jìn)行描述。包含有ASE噪聲的波分復(fù)用光信號被波導(dǎo)衍射光柵11解復(fù)用。具有偏振特性的光信號順序地通過四分之一波片12和線性偏振器13。例如，如果該四分之一波片以15Hz的速率旋轉(zhuǎn)，且該線性偏振器13以0.1Hz速率旋轉(zhuǎn)，該光信號的最小功率和最大功率可基于含有ASE噪聲的該光信號的偏振特性被測量。當(dāng)該線性偏振器13的偏振狀態(tài)與從四分之一波片12中輸出的光信號的偏振狀態(tài)相互一致時(shí)，被測量的光信號的功率被最大化。另一方面，當(dāng)該線性偏振器13的偏振狀態(tài)與從四分之一波片12中輸出的光信號的偏振狀態(tài)彼此正交時(shí)，該光信號成分被阻擋，僅ASE噪聲成分被輸出。因此，被測量的光信號的功率最小化。
通過線性偏振器13后光信號被光電探測器(photo detector，簡稱PD)14轉(zhuǎn)換成電壓。然后，該電壓被對數(shù)放大器15(log amplifier)放大后傳輸并顯示在示波器16上。計(jì)算機(jī)17計(jì)算顯示在示波器16上的電壓的最小功率和最大功率。從該最小功率和最大功率，計(jì)算機(jī)17計(jì)算該信號的功率以及其ASE噪聲，然后確定該光信號的信噪比。
傳統(tǒng)的僅僅運(yùn)用偏振致零方法的光信噪比監(jiān)測方法假定線性偏振器13的偏振致零函數(shù)是理想的，也就是說，致零率無限大。但是，該方法沒有考慮線性偏振器的偏振致零率為有限值的情況。進(jìn)一步地，傳統(tǒng)的光信噪比監(jiān)測方法沒有考慮光信號的偏振因光纖的偏振模色散和非線性雙折射而被干擾的現(xiàn)象。因此，傳統(tǒng)的光信噪比監(jiān)測方法用途有限。
偏振模色散意味著沿依據(jù)光纖或光學(xué)設(shè)備的偏振特性產(chǎn)生的沿彼此正交的兩個(gè)偏振軸傳輸?shù)膬蓚€(gè)信號成分之間有時(shí)間差。由于該偏振模色散對環(huán)境的變化如溫度和外部壓力很敏感，其可能隨時(shí)間的不同而變化。
進(jìn)一步地，非線性雙折射是因光纖的折射率根據(jù)光信號強(qiáng)度發(fā)生改變而產(chǎn)生的雙折射。當(dāng)多個(gè)光信號同時(shí)通過一個(gè)光纖傳輸時(shí)，非線性雙折射迅速改變相鄰?fù)ǖ赖钠駹顟B(tài)。由于偏振的該改變依據(jù)通道間的偏振狀態(tài)而不同，該非線性雙折射的合成效果也隨時(shí)間不同而變化。
而且，傳統(tǒng)的僅僅運(yùn)用偏振致零方法的光信噪比監(jiān)測方法中，因?yàn)槠衲Ｉ⒑头蔷€性雙折射，易發(fā)生不可預(yù)知的錯(cuò)誤。換句話說，當(dāng)通過線性偏振器13時(shí)，具有與線性偏振器13的偏振狀態(tài)正交的偏振成分的光信號不能完全被移除。這是因?yàn)榫€性偏振器13的偏振致零率是有限值(即非理想的)，且光纖會產(chǎn)生光信號的偏振模色散和非線性雙折射。因此，由于傳統(tǒng)的光信噪比監(jiān)測方法沒有考慮這些問題，光信噪比測量的精確度被降低。
此外，傳統(tǒng)的僅僅運(yùn)用偏振致零方法的光信噪比監(jiān)測方法須具有波導(dǎo)衍射光柵11來解復(fù)用WDM光信號，且每一個(gè)被解復(fù)用的光信號須有一個(gè)光信噪比監(jiān)測設(shè)備，因此設(shè)備的成本變高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種利用偏振致零方法和可調(diào)光帶通濾波器監(jiān)測波分復(fù)用(WDM)光傳輸系統(tǒng)中光信噪比(OSNR)的方法和設(shè)備，以改變光帶的中心波長。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠更精確的測量光信噪比的光信噪比監(jiān)測方法和設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)考慮光系統(tǒng)的有限偏振致零率、偏振模色散和非線性雙折射。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的一方面，提供一種監(jiān)測中心波長為λ1、…、λi、…λn(i＝1、2、…、n)的波分復(fù)用光信號的光信噪比(OSNR)的設(shè)備，包括偏振控制器，用于控制波分復(fù)用光信號的偏振狀態(tài)；可調(diào)光帶通濾波器，用于改變其中心波長λv和濾波波分復(fù)用光信號中將要被測量光信噪比(OSNR)的中心波長為λi的光信號；光信號分離設(shè)備，用于將濾波后的光信號分為第一光信號和第二光信號；線性偏振器，用于線性偏振所述第二光信號；光信噪比測量設(shè)備，用于通過測量所述第一光信號和已通過所述線性偏振器的第二光信號的功率來計(jì)算所述光信噪比。
當(dāng)λv與λi一致時(shí)，所述光信噪比測量設(shè)備獲得第一光信號的功率P1和當(dāng)用所述偏振控制器主動地控制偏振狀態(tài)時(shí)通過線性偏振器的第二光信號的最小功率P2。當(dāng)λv以預(yù)定距離從λi移位時(shí)，所述光信噪比測量設(shè)備獲得第一光信號的功率P3和當(dāng)用所述偏振控制器主動地控制偏振狀態(tài)時(shí)通過線性偏振器的第二光信號的最小功率P4。然后，所述光信噪比測量設(shè)備使用測得的功率P1、P2、P3和P4計(jì)算光信噪比。這時(shí)，當(dāng)已通過所述偏振控制器的光信號的偏振狀態(tài)與所述線性偏振器的偏振狀態(tài)正交時(shí)，已通過線性偏振器的所述第二光信號的功率被最小化。所述可調(diào)光帶通濾波器的中心波長λv從λi移位的頻帶距離被確定，使得中心波長為λi的光信號的至少一部分可由所述可調(diào)光帶通濾波器測量。
優(yōu)選地，所述光信噪比監(jiān)測設(shè)備進(jìn)一步包括偏振控制信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生預(yù)定的偏振控制信號以便所述偏振控制器可控制所述光信號的偏振狀態(tài)。
優(yōu)選地，所述光信噪比監(jiān)測設(shè)備進(jìn)一步包括波長控制信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生預(yù)定的波長控制信號以便可調(diào)光帶通濾波器的中心波長λv可在λ1到λn的范圍內(nèi)變化。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種監(jiān)測中心波長為λ1、…λi、…λn(i＝1、2、…、n)的波分復(fù)用光信號的光信噪比(OSNR)的設(shè)備，包括偏振控制器，用于控制波分復(fù)用光信號的偏振狀態(tài)；可調(diào)光帶通濾波器，用于改變其中心波長λv和濾波波分復(fù)用光信號中將要被測量光信噪比的中心波長為λi的光信號；偏振光束分離器，用于將濾波后的光信號分為兩個(gè)偏振狀態(tài)彼此正交的光信號；光信噪比測量設(shè)備，用于利用偏振狀態(tài)彼此正交的兩個(gè)光信號的功率計(jì)算所述光信噪比。
當(dāng)λv與λi一致時(shí)，通過利用偏振控制器控制光信號的偏振狀態(tài)，所述光信噪比測量設(shè)備獲得具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)一致的偏振成分的光信號的功率P1和具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)正交的偏振成分的光信號的功率P2。當(dāng)λv以預(yù)定距離從λi移位時(shí)，通過利用偏振控制器控制光信號的偏振狀態(tài)，所述光信噪比測量設(shè)備獲得具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)一致的偏振成分的光信號的功率P3和具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)正交的偏振成分的光信號的功率P4。進(jìn)一步地，所述光信噪比測量設(shè)備利用測得的功率P1、P2、P3和P4計(jì)算所述光信噪比。所述可調(diào)光帶通濾波器的中心波長λv從λi移位的頻帶距離被確定，使得中心波長為λi的光信號的至少一部分可由中心波長為λv的所述可調(diào)光帶通濾波器測量。
更優(yōu)地，所述光信噪比監(jiān)測設(shè)備進(jìn)一步包括偏振控制信號發(fā)生器單元，用于產(chǎn)生一定的偏振控制信號，以便所述偏振控制器能夠控制光信號的偏振狀態(tài)。
優(yōu)選地，所述光信噪比監(jiān)測設(shè)備進(jìn)一步包括波長控制信號發(fā)生器單元，用于產(chǎn)生一定的波長控制信號，以便所述可調(diào)光帶通濾波器的中心波長λv能夠在λ1到λn范圍內(nèi)變化。


圖1是通過傳統(tǒng)線性插值法獲得的光信號帶中ASE噪聲的示意圖；圖2是包括在通過不同的路徑和不同數(shù)量的摻鉺光纖放大器的每一光信號帶中的ASE噪聲的一個(gè)示例的示意圖；圖3是傳統(tǒng)的利用偏振致零方法的光信噪比監(jiān)測設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的光信噪比監(jiān)測方法的原理示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的光信噪比監(jiān)測設(shè)備的第一實(shí)施例的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的光信噪比監(jiān)測設(shè)備的第二實(shí)施例的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明證明光信噪比監(jiān)測設(shè)備有效性的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示意圖；圖8是根據(jù)圖7所示的實(shí)驗(yàn)設(shè)備測得的光信噪比的曲線圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的光信噪比監(jiān)測設(shè)備的第三實(shí)施例的示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的光信噪比監(jiān)測設(shè)備的第四實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行詳細(xì)描述，其中附圖中相同的標(biāo)號數(shù)字表示同一個(gè)部件。
圖4說明根據(jù)本發(fā)明的光信噪比監(jiān)測方法的原理，圖5展示根據(jù)本發(fā)明的光信噪比監(jiān)測方法的第一實(shí)施例。
通過波分復(fù)用(WDM)光通信網(wǎng)絡(luò)傳輸并包含有放大自發(fā)輻射(ASE)噪聲的光信號的一部分被99∶1的定向耦合器20分離而后被用于測量光信噪比(OSNR)。該99∶1定向耦合器20提取該光信號的一部分，該部分具有包含ASE噪聲的該光信號的1/100強(qiáng)度，然后將從該光信號中該提取出來的部分輸入給偏振控制器22。
偏振控制器22接收來自偏振控制信號發(fā)生器38的偏振控制信號，調(diào)整光信號的偏振狀態(tài)，使得從線性偏振器26中輸出的包含有ASE噪聲的該光信號的強(qiáng)度被最小化。進(jìn)一步地，偏振控制器22執(zhí)行偏振致零方法。根據(jù)該偏振致零，具有與線性偏振器26的偏振狀態(tài)正交的偏振狀態(tài)的光信號通過線性偏振器26時(shí)被阻擋住。當(dāng)已被偏振控制器22線性偏振的光信號的偏振狀態(tài)與線性偏振器26的偏振狀態(tài)正交時(shí)，從線性偏振器26中輸出的包含有ASE噪聲的該光信號的強(qiáng)度被最小化。
這時(shí)，該光信號在通過偏振控制器22時(shí)被線性偏振，但是分布在寬頻譜上的ASE噪聲在通過偏振控制器22時(shí)未被偏振。通過偏振控制器22時(shí)，該光信號的強(qiáng)度和ASE噪聲的強(qiáng)度并未被改變。
進(jìn)一步地，當(dāng)該光信號的偏振狀態(tài)與線性偏振器的偏振狀態(tài)精確正交時(shí)，線性偏振后的光信號在通過線性偏振器26時(shí)應(yīng)被完全阻擋。然而，如上所述，由于線性偏振器26的有限偏振致零率、光纖的偏振模色散和非線性雙折射，線性偏振后的光信號并未被完全消除。通過線性偏振器26時(shí)ASE噪聲的線性偏振成分保留下來，并且其功率減至一半。
該線性偏振器26可以是光纖光學(xué)設(shè)備，具有固定的偏振狀態(tài)。因此，通過控制偏振控制器22使光信號的偏振狀態(tài)與該線性偏振器26的偏振狀態(tài)正交是可能的。該偏振控制器22可利用光纖和壓電設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知，線性偏振器26和偏振控制器22并不限于此，還可使用各種設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
通過偏振控制器22后的包含有ASE噪聲的光信號被輸入可調(diào)光帶通濾波器24。該可調(diào)光帶通濾波器24的通帶被調(diào)整以僅使一個(gè)光信號通道通過而不影響相鄰的通道，如圖4所示。該可調(diào)光帶通濾波器24接收來自波長控制信號發(fā)生器40的波長控制信號來移位所述通帶的中心波長λv。這時(shí)，根據(jù)來自波長控制信號發(fā)生器40的波長控制信號，可控制可調(diào)光帶通濾波器24濾掉波分復(fù)用信號的所有波長。因此，本發(fā)明無需使用解復(fù)用器如波導(dǎo)衍射光柵就可以測量波分復(fù)用信號的光信噪比。
進(jìn)一步地，根據(jù)來自波長控制信號發(fā)生器40的波長控制信號，可控制可調(diào)光帶通濾波器24對具有從將被測量光信噪比的光信號的中心波長λi預(yù)定距離的移位的光信號進(jìn)行濾波，如圖4所示。構(gòu)造為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、法布里-珀羅(Fabry-Perot)可調(diào)濾波器、含有光柵的集成光學(xué)設(shè)備、多層薄膜設(shè)備、聲光濾波器或類似設(shè)備的半對稱式空腔諧振器可用作可調(diào)光帶通濾波器24。為了達(dá)到光信噪比測量的精確度，優(yōu)選地使用具有比光信號的通帶更窄的通帶的窄帶可調(diào)光濾波器，且該濾波器最好使用基于微機(jī)電系統(tǒng)的半對稱式空腔諧振器制作。
以下將說明本發(fā)明光信噪比監(jiān)測方法的原理。依據(jù)波長控制信號發(fā)生器40提供的波長控制信號，可調(diào)光帶通濾波器24的中心波長λv被控制與將被測量光信噪比的光信號的中心波長λi一致。由99∶1定向耦合器20提取出來的光信號通過偏振控制器22和可調(diào)光帶通濾波器24。然后該信號由1∶1定向耦合器28分為第一和第二光信號。第一光信號包含有ASE噪聲，可以通過光電檢測器30a進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器32沿路徑1轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。隨后，功率計(jì)算器34計(jì)算包含有ASE噪聲的第一光信號的功率P1。
之后，保持可調(diào)光帶通濾波器24的中心波長λv與光信號的中心波長λi一致的狀態(tài)，依據(jù)來自偏振控制信號發(fā)生器38的偏振控制信號，調(diào)整通過偏振控制器22的光信號的偏振狀態(tài)。沿著路徑2，被1∶1定向耦合器分出來含有ASE噪聲的第二光信號通過線性偏振器26，并可由光電檢測器30b進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。隨后，功率計(jì)算器34計(jì)算包含有線性偏振ASE噪聲的第二光信號的功率。
偏振控制器22的偏振狀態(tài)在預(yù)定的范圍內(nèi)被掃描，且計(jì)算出來的信號功率中的最小值被搜索。如上所述，當(dāng)通過偏振控制器22的光信號的偏振狀態(tài)與線性偏振器26的偏振狀態(tài)正交時(shí)，功率計(jì)算器34計(jì)算的包含有ASE噪聲的光信號的功率被最小化。這時(shí)獲得包含有ASE噪聲的該光信號的功率P2。
然后，如圖4所示，根據(jù)來自波長控制信號發(fā)生器40的波長控制信號，可調(diào)光帶通濾波器24的中心波長λv以一定的距離從光信號的中心波長λi移位。該波長移位距離被確定以便可調(diào)光帶通濾波器24可使將被測量光信噪比的光信號的至少一部分通過。為了達(dá)到光信噪比測量的精確度，優(yōu)選地，當(dāng)光信號的傳輸率是RGbps時(shí)，所述距離是大約0.3～3RGHz。例如，當(dāng)光信號的傳輸率是10Gbps時(shí)，調(diào)整可調(diào)光帶通濾波器24的中心波長λv從該光信號的中心波長λi移位3～30GHz。依據(jù)波長控制信號發(fā)生器40提供的波長控制信號，可調(diào)光帶通濾波器24的中心波長λv可被調(diào)整以一預(yù)定距離從光信號的中心波長λi的右邊或者左邊移位。
若可調(diào)光帶通濾波器24的通帶被移位，由于光帶通濾波器24具有的傳輸特性，測得的光信號的強(qiáng)度變得比通帶移位前的強(qiáng)度小。但是，因ASE噪聲均勻地分布在寬頻譜上，該ASE噪聲的強(qiáng)度具有一充分恒定的值。沿著路徑1，包含有ASE噪聲并被1∶1定向耦合器28分離出來的第一光信號可被光電檢測器30a進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)32a轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。功率計(jì)算器34計(jì)算該包含有ASE噪聲的第一光信號的功率P3。
隨后，保持可調(diào)光帶通濾波器24的中心波長λv以預(yù)定距離由光信號的中心波長λi移位的狀態(tài)，依據(jù)來自偏振控制信號發(fā)生器38的偏振控制信號，調(diào)整通過偏振控制器22的光信號的偏振狀態(tài)。沿著路徑2，包含有ASE噪聲并被1∶1定向耦合器28分離出來的第二光信號在通過線性偏振器26后可被光電檢測器30b進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。然后由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器32b轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。功率計(jì)算器34計(jì)算該包含有線性偏振ASE噪聲的第二光信號的功率。
為了獲得計(jì)算出來的功率中的最小值，在預(yù)定的范圍內(nèi)掃描偏振控制器22的偏振狀態(tài)。如上所述，當(dāng)通過偏振控制器22的光信號的偏振狀態(tài)與線性偏振器26的偏振狀態(tài)正交時(shí)，功率計(jì)算器34計(jì)算出來的包含有ASE噪聲的光信號的功率被最小化。這時(shí)獲得包含有ASE噪聲的光信號的功率P4。
前面提到的功率P1、P2、P3、P4可用下面的公式表示P1＝PS1(1-ε)+SASEB0，P2＝PS1ε+0.5SASEB0，P3＝PS2(1-ε)+SASEB0，P4＝PS2ε+0.5SASEB0， …(1)其中PS1是當(dāng)λv等于λi時(shí)通過可調(diào)光帶通濾波器24的光信號的強(qiáng)度(Watt)，且該強(qiáng)度并未包括ASE噪聲的強(qiáng)度；PS2是當(dāng)λv以預(yù)定距離從λi移位時(shí)通過可調(diào)光帶通濾波器24的光信號的強(qiáng)度(Watt)，且該強(qiáng)度并未包括ASE噪聲的強(qiáng)度；SASE是ASE噪聲的功率密度(watt/nm)；B0是可調(diào)光帶通濾波器24的帶寬(nm)；ε是線性偏振器26的偏振致零率。
因此，SASEB0表示通過可調(diào)光帶通濾波器24的ASE噪聲的功率。PS1ε和PS2ε表示光信號的強(qiáng)度，由于有限偏振致零率，當(dāng)通過偏振控制器22的光信號的偏振狀態(tài)與線性偏振器26的偏振狀態(tài)正交時(shí)，該強(qiáng)度仍被測量。理想的情況下，即ε＝0時(shí)，光電檢測器30b將僅為P2和P4測量ASE噪聲。P2和P4中的ASE噪聲的強(qiáng)度是P1和P3中的ASE噪聲的強(qiáng)度的一半的原因是沿路徑2通過線性偏振器26后P2和P4中的ASE噪聲的功率減至一半。
根據(jù)等式1，ε、PS1、SASE和光信噪比可按照下述獲得ϵ=(P2-P4)(P1-P3+P2-P4),]]>PS1=(P1-2P2)(1-3ϵ),]]>SASE=2(P2-PS1ϵ)B0,]]>OSNR=PS1SASEBr=(P1-2P2)2(1-3ϵ)(P2-PS1)B0Br,......(2)]]>其中，Br是分辨率(nm)，是用于確定計(jì)算所述光信噪比的ASE噪聲的功率的參考帶寬。光信噪比計(jì)算器36根據(jù)公式2從功率計(jì)算器34計(jì)算得到的P1、P2、P3和P4計(jì)算光信噪比。
其間，ε的值可通過光傳輸系統(tǒng)的偏振模色散和非線性雙折射再加上線性偏振器26固有的有限偏振致零率來確定。由于依賴于偏振模色散和非線性雙折射，偏振狀態(tài)隨時(shí)間而改變，ε的值也可隨時(shí)間連續(xù)改變。本發(fā)明使用等式2通過實(shí)時(shí)考慮時(shí)間的變化對光信噪比的ε值的影響，能夠提高光信噪比的測量精確度。
為了更精確地測量光信噪比，需要在調(diào)整偏振控制器后測量P2和P4，以使ε的值被最小化。這意味著通過具有有限(即非理想的)偏振致零率的線性偏振器26后的光信號的強(qiáng)度應(yīng)被最小化。換句話說，ASE噪聲的強(qiáng)度和光信噪比能夠通過調(diào)整偏振控制器22更精確地被測量，以使得包括在P2和P4中的光信號成分的值(PS1ε，PS2ε)小于或近似于放大自發(fā)輻射光噪聲的強(qiáng)度(0.5SASEB0)。
盡管在第一實(shí)施例中已經(jīng)描述了測量光信噪比時(shí)光信號的功率P1、P2、P3和P4按照這一順序進(jìn)行測量，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知，該順序并不限于此。由于除了測量順序外該測量光信號功率的方法與第一實(shí)施例的相同，因而省略對該方法的詳細(xì)說明。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的光信噪比監(jiān)測設(shè)備的第二實(shí)施例的示意圖。
99∶1定向耦合器20提取強(qiáng)度只有包含有ASE噪聲的光信號的1/100的光信號的一部分，然后將該提取出的光信號的一部分輸入偏振控制器22。
偏振控制器22接收來自偏振控制信號發(fā)生器38的偏振控制信號并進(jìn)行操作，以使從偏振光束分離器42中輸出的光信號被分成兩個(gè)具有彼此正交的偏振成分的光信號。也就是說，一具有與偏振控制器22的偏振狀態(tài)相同的偏振狀態(tài)的光信號沿路徑3繼續(xù)，一具有與偏振控制器22的偏振狀態(tài)正交的偏振狀態(tài)的光信號沿路徑4繼續(xù)。
一般來說，要求在通過偏振光束分離器的光信號中，與通過偏振控制器后的光信號的偏振狀態(tài)正交的光信號成分完全被消除。但是，由于偏振光束分離器的有限偏振致零率、偏振模色散和非線性雙折射，該光信號成分并未完全被消除。進(jìn)一步地，通過偏振光束分離器后ASE噪聲的線性偏振成分保留下來，且ASE噪聲的功率被減至一半。
然后已通過偏振控制器22的包含有ASE噪聲的光信號被輸入給可調(diào)光帶通濾波器24。由于可調(diào)光帶通濾波器24的結(jié)構(gòu)和工作特性與結(jié)合圖5描述的第一實(shí)施例的相同，因而省略詳細(xì)的描述。
將結(jié)合圖4和圖6說明本發(fā)明光信噪比監(jiān)測方法的原理。依據(jù)來自波長控制信號發(fā)生器40的波長控制信號，可調(diào)光帶通濾波器24的中心波長λv被調(diào)整為與將被測量光信噪比的光信號的中心波長λi一致。然后，根據(jù)偏振控制信號發(fā)生器38提供的偏振控制信號，調(diào)整通過偏振控制器22的光信號的偏振狀態(tài)。
沿路徑3，具有與偏振控制器22的偏振狀態(tài)一致的偏振成分的光信號與ASE噪聲一起由光電檢測器30a進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器32a轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。功率計(jì)算器34計(jì)算包含有線性偏振ASE噪聲的該光信號的功率P1。
沿路徑4，具有與偏振控制器22的偏振狀態(tài)正交的偏振成分的光信號可由光電檢測器30b進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器32b轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。功率計(jì)算器34計(jì)算包含有線性偏振ASE噪聲的該光信號的功率P2。為了獲得光電檢測器30b檢測的光信號的功率中的最小值，在預(yù)定的范圍內(nèi)掃描偏振控制器22的偏振狀態(tài)。當(dāng)具有與偏振控制器22的偏振狀態(tài)正交的偏振成分的光信號在路徑4中被檢測時(shí)，由功率計(jì)算器34計(jì)算得到的該包含有ASE噪聲的光信號的功率被最小化。這時(shí)，包含有ASE噪聲的光信號的功率P2被檢測。由于光信號被偏振光束分離器42分成兩個(gè)具有彼此正交的偏振成分的光信號，功率P1和P2被同時(shí)測量。
然后，如圖4所示，按照波長控制信號發(fā)生器40提供的波長控制信號，可調(diào)光帶通濾波器24的中心波長λv以預(yù)定距離從光信號的中心波長λi移位。該預(yù)定距離是確定的，以使得可調(diào)光帶通濾波器24可使將被測量光信噪比的光信號的至少一部分通過，如第一實(shí)施例所述。進(jìn)一步地，考慮到光信噪比測量的精確性，優(yōu)選地當(dāng)光信號的傳輸率是RGbps時(shí)，移位距離在0.3～3RGHz的范圍內(nèi)。
之后，根據(jù)偏振控制信號發(fā)生器38提供的偏振控制信號，調(diào)整通過偏振控制器22的光信號的偏振狀態(tài)。沿路徑3，具有與偏振控制器22的偏振狀態(tài)一致的偏振成分的光信號可以與ASE噪聲一起由光電檢測器30a進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器32a轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。功率計(jì)算器34計(jì)算該包含有線性偏振ASE噪聲的光信號的功率P3。
沿路徑4，具有與偏振控制器22的偏振狀態(tài)正交的偏振成分的光信號可以由光電檢測器30b進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器32b轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。功率計(jì)算器34計(jì)算該包含有線性偏振ASE噪聲的光信號的功率P4。為了獲得光電檢測器30b檢測的光信號功率中的最小值，在預(yù)定的范圍內(nèi)掃描偏振控制器22的偏振狀態(tài)。當(dāng)具有與偏振控制器22的偏振狀態(tài)正交的偏振成分的光信號在通道4中被檢測時(shí)，由功率計(jì)算器34計(jì)算得到的該包含有線性偏振ASE噪聲的光信號的功率被最小化。這時(shí)，包含有線性偏振ASE噪聲的光信號的功率P4被檢測。由于光信號被偏振光束分離器42分成彼此正交的偏振成分的兩個(gè)光信號，功率P3和P4被同時(shí)測量。
上述功率P1、P2、P3、P4可用下面的公式表示P1＝PS1(1-ε)+0.5SASEB0，P2＝PS1ε+0.5SASEB0，P3＝PS2(1-ε)+0.5SASEB0，P4＝PS2ε+0.5SASEB0， …(3)其中除ε表示偏振光束分離器42的偏振致零率之外，PS1、PS2、SASE和B0的定義與等式1中的相同。
等式3中，與等式1相反，測量功率P1和P3時(shí)，包含有ASE噪聲的光信號通過偏振光束分離器42。這樣，只有ASE噪聲的線性偏振成分被檢測且ASE噪聲的功率被減至一半。
等式3中的ε、PS1、SASE和光信噪比可按下述獲得
ϵ=(P2-P4)(P1-P3+P2-P4),]]>PS1=(P1-P2)(1-2ϵ),]]>SASE=2(P2-PS1ϵ)B0,]]>OSNR=PS1SASEBr=(P1-P2)2(1-3ϵ)(P2-PS1)B0Br,......(4)]]>其中Br(nm)是分辨率，是用于確定計(jì)算光信噪比的ASE噪聲的功率的參考帶寬。
光信噪比計(jì)算器36利用公式4從功率計(jì)算器34計(jì)算得到的P1、P2、P3和P4計(jì)算光信噪比。
圖7展示根據(jù)本發(fā)明證明光信噪比監(jiān)測設(shè)備有效性的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示意圖。光信號由可調(diào)波長激光器52提供，ASE噪聲由使用摻鉺光纖放大器的ASE光源54提供。該光信號和ASE噪聲由1∶1定向耦合器60進(jìn)行耦合，然后耦合后的光信號和ASE噪聲被1∶1定向耦合器62再次分成兩種成分。
這兩種成分中的一種進(jìn)入光頻譜分析器64，通過線性插值法測量光信噪比。這時(shí)，由于光信號帶很窄，ASE噪聲帶很寬，可以假設(shè)通過線性插值法測得的光信噪比是準(zhǔn)確的。其間，這兩種成分中的另一種進(jìn)入光信噪比監(jiān)測設(shè)備A，按照本發(fā)明測量光信噪比。通過使用分別安裝在可調(diào)波長激光器52和ASE光源54上的光學(xué)可變衰減器56、58增大/減小光信號的功率和ASE噪聲的強(qiáng)度，改變該光信噪比。
圖8是根據(jù)圖7所示的實(shí)驗(yàn)設(shè)備測得的光信噪比的曲線圖。圖8中，一使用光纖和壓電設(shè)備的光學(xué)設(shè)備被用作偏振控制器22；一包含有基于半對稱式空腔諧振器的微機(jī)電系統(tǒng)的濾波器被用作可調(diào)光帶通濾波器24；一包含有光纖的光學(xué)設(shè)備被用作線性偏振器26。光信號是波長為1555nm、光功率為-20dBm的10Gb/s的不歸零(Non-Return-to-Zero，簡稱NRZ)信號。使用光頻譜分析器64測得的光信噪比大約是21dB。從該結(jié)果中可以看出，與使用光頻譜分析器64測量得到的光信噪比相比較，根據(jù)本發(fā)明測量得到的光信噪比的誤差范圍大約是±0.2dB。即使是在長達(dá)14小時(shí)的期間內(nèi)測量該光信噪比，測量的精確度也可以保持。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對本發(fā)明進(jìn)行各種置換、修改和改變而不脫離本發(fā)明的技術(shù)精神。例如，如圖9所示，本發(fā)明的第三實(shí)施例可通過改變圖5所示的偏振控制器22和可調(diào)光帶通濾波器24的位置來實(shí)現(xiàn)。在第三實(shí)施例中，光信噪比可用與第一實(shí)施例中相同的方法按照等式1和等式2獲得。進(jìn)一步地，如圖10所示，本發(fā)明的第四實(shí)施例可通過改變圖6中的偏振控制器22和可調(diào)光帶通濾波器24的位置來實(shí)現(xiàn)。第四實(shí)施例中，光信噪比可用與第二實(shí)施例中相同的方法從等式3和等式4中獲得。
因而，可以理解本發(fā)明并不限于上述的具體實(shí)施例和附圖。很明顯這些修改和類似變化被本發(fā)明的權(quán)利要求所覆蓋。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明是用于WDM光網(wǎng)絡(luò)中的光信噪比監(jiān)測設(shè)備和方法。本發(fā)明通過實(shí)時(shí)考慮系統(tǒng)的有限偏振致零率、偏振模色散和非線性雙折射的影響，利用可調(diào)光帶通濾波器和偏振致零方法精確地測量WDM光信號的光信噪比。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，所述可調(diào)光帶通濾波器被掃描來濾波波分復(fù)用信號的所有波長帶。因此，本發(fā)明不需要為每個(gè)解復(fù)用光信號設(shè)置一單獨(dú)的光信噪比監(jiān)測設(shè)備。由此，本發(fā)明具有降低該系統(tǒng)的成本的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)中中心波長為λ1、…λi、…λn(i＝1、2、…、n)的波分復(fù)用光信號的光信噪比的設(shè)備，其特征在于，包括偏振控制器，用于控制波分復(fù)用光信號的偏振狀態(tài)；可調(diào)光帶通濾波器，用于改變其中心波長λv和濾波波分復(fù)用光信號中將要被測量光信噪比的中心波長為λi的光信號；光信號分離設(shè)備，用于將濾波后的光信號分為第一光信號和第二光信號；線性偏振器，用于線性偏振所述第二光信號；和光信噪比測量設(shè)備，用于獲得當(dāng)λv與λi一致時(shí)，所述第一光信號的功率P1和通過所述線性偏振器的所述第二光信號的最小功率P2；和當(dāng)λv以預(yù)定距離從λi移位時(shí)，所述第一光信號的功率P3和通過所述線性偏振器的所述第二光信號的最小功率P4；和使用功率P1、P2、P3和P4獲得所述光信噪比，其中，當(dāng)所述第二光信號的偏振狀態(tài)與所述線性偏振器的偏振狀態(tài)正交時(shí)，通過線性偏振器的所述第二光信號的功率被最小化，及當(dāng)使用所述偏振控制器掃描所述光信號的偏振狀態(tài)時(shí)獲得功率P2和P4。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述光信號具有R Gbps的傳輸率時(shí)，λv從λi移位的預(yù)定距離是0.3～3RGHz。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述光信號分離設(shè)備是1∶1定向耦合器。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述光信噪比通過下述等式獲得ϵ=(P2-P4)(P1-P3+P2-P4),]]>PS1=(P1-2P2)1-3ϵ,]]>OSNR=(P1-2P2)2(1-3ϵ)(P2-PS1)B0Br,]]>其中，Br(nm)是分辨率，是用于確定計(jì)算所述光信噪比的放大自發(fā)輻射噪聲的功率的參考帶寬，B0是所述可調(diào)光帶通濾波器的帶寬(nm)。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述可調(diào)光帶通濾波器是帶寬比將要測量所述光信噪比的所述光信號的帶寬更窄的窄帶寬濾波器。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述光信噪比測量設(shè)備包括第一光電檢測器，用于檢測所述第一光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號；第二光電檢測器，用于檢測已通過所述線性偏振器的所述第二光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號；第一模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將第一光電檢測器的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；第二模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將第二光電檢測器的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；功率計(jì)算器，用于使用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號計(jì)算所述功率P1、P2、P3和P4；和光信噪比計(jì)算器，用于使用功率計(jì)算器計(jì)算出的所述功率P1、P2、P3和P4計(jì)算所述光信噪比。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生預(yù)定的偏振控制信號以便所述偏振控制器能夠控制所述光信號的偏振狀態(tài)的偏振控制信號發(fā)生器。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生預(yù)定的波長控制信號以便可調(diào)光帶通濾波器的中心波長λv能夠在λ1到λn的范圍內(nèi)變化的波長控制信號發(fā)生器。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述可調(diào)光帶通濾波器包括構(gòu)造為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的半對稱式空腔諧振器。
10.一種監(jiān)測中心波長為λ1、…λi、…λn(i＝1、2、…、n)的波分復(fù)用光信號的光信噪比的設(shè)備，其特征在于，包括偏振控制器，用于控制波分復(fù)用光信號的偏振狀態(tài)；可調(diào)光帶通濾波器，用于改變其中心波長λv和濾波波分復(fù)用光信號中將要被測量光信噪比的中心波長為λi的光信號；偏振光束分離器，用于將濾波后的光信號分為兩個(gè)偏振狀態(tài)彼此正交的光信號；和光信噪比測量設(shè)備，用于獲得當(dāng)λv與λi一致時(shí)，具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)一致的偏振狀態(tài)的第一光信號的功率P1和具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)正交的偏振狀態(tài)的第二光信號的功率P2；當(dāng)λv以預(yù)定距離從λi移位時(shí)，具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)一致的偏振狀態(tài)的第一光信號的功率P3和具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)正交的偏振狀態(tài)的第二光信號的功率P4；使用所述功率P1、P2、P3和P4獲得所述光信噪比。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)光信號具有R Gbps的傳輸率時(shí)，λv從λi移位的預(yù)定距離是0.3～3R GHz。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述光信噪比通過下述等式獲得ϵ=(P2-P4)(P1-P3+P2-P4),]]>PS1=(P1-P2)(1-2ϵ),]]>OSNR=(P1-P2)2(1-2ϵ)(P2-PS1)B0Br,]]>其中，Br(nm)是分辨率，是用于確定計(jì)算所述光信噪比的放大自發(fā)輻射噪聲的功率的參考帶寬，B0是所述可調(diào)光帶通濾波器的帶寬(nm)。
13.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述可調(diào)光帶通濾波器是帶寬比將要測量所述光信噪比的光信號的帶寬更窄的窄帶寬濾波器。
14.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述光信噪比測量設(shè)備包括第一光電檢測器，用于檢測所述第一光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號；第二光電檢測器，用于檢測所述第二光信號并將之轉(zhuǎn)換成電信號；第一模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將第一光電檢測器的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；第二模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將第二光電檢測器的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；功率計(jì)算器，用于使用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號計(jì)算所述功率P1、P2、P3和P4；和光信噪比計(jì)算器，用于使用功率計(jì)算器計(jì)算出的所述功率P1、P2、P3和P4計(jì)算所述光信噪比。
15.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生預(yù)定的偏振控制信號以便所述偏振控制器能夠控制所述光信號的偏振狀態(tài)的偏振控制信號發(fā)生器。
16.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生預(yù)定的波長控制信號以便可調(diào)光帶通濾波器的中心波長λv能夠在λ1到λn的范圍內(nèi)變化的波長控制信號發(fā)生器。
17.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于所述可調(diào)光帶通濾波器是包括有構(gòu)造為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的半對稱式空腔諧振器的光學(xué)濾波器。
18.一種監(jiān)測波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)中中心波長為λ1、…λi、…λn(i＝1、2、…、n)的波分復(fù)用光信號的光信噪比的方法，其特征在于，包括通過定向耦合器將通過偏振控制器和可調(diào)光帶通濾波器的光信號分為第一光信號和第二光信號；掃描所述可調(diào)光帶通濾波器的中心波長λv，并當(dāng)λv與將要測量所述光信噪比的光信號的中心波長λi一致時(shí)，獲得所述第一光信號的功率P1和通過線性偏振器后被測量的第二光信號的最小功率P2；以預(yù)定距離從λi移位λv，獲得第一光信號的功率P3和通過線性偏振器后被測量的第二光信號的最小功率P4；和使用所述功率P1、P2、P3和P4獲得所述光信噪比。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，當(dāng)光信號的傳輸率為R Gbps時(shí)，λv從λi移位的預(yù)定距離是0.3～3R GHz。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一光信號和第二光信號被1∶1定向耦合器分離，且所述光信噪比由下述等式獲得ϵ=(P2-P4)(P1-P3+P2-P4),]]>PS1=(P1-2P2)(1-3ϵ),]]>OSNR=(P1-2P2)2(1-3ϵ)(P2-PS1)B0Br,]]>其中，Br(nm)是分辨率，是用于確定計(jì)算所述光信噪比的放大自發(fā)輻射噪聲的功率的參考帶寬，B0是所述可調(diào)光帶通濾波器的帶寬(nm)。
21.一種監(jiān)測波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)中中心波長為λ1、…λi、…λn(i＝1、2、…、n)的波分復(fù)用光信號的光信噪比的方法，其特征在于，包括通過使用偏振光束分離器將已由偏振控制器和可調(diào)光帶通濾波器處理過的光信號分成分別具有彼此相互正交的偏振狀態(tài)的第一光信號和第二光信號；掃描所述可調(diào)光帶通濾波器的中心波長λv，并當(dāng)λv與將要測量光信噪比的光信號的中心波長λn一致時(shí)，獲取具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)一致的偏振狀態(tài)的第一光信號的功率P1和具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)正交的偏振狀態(tài)的第二光信號的功率P2；以一預(yù)定距離從λi移位λv，并獲取具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)一致的偏振狀態(tài)的第一光信號的功率P3和具有與所述偏振控制器的偏振狀態(tài)正交的偏振狀態(tài)的第二光信號的功率P4；和使用所述功率P1、P2、P3和P4獲得所述光信噪比。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，當(dāng)光信號的傳輸率為R Gbps時(shí)，λv從λi移位的預(yù)定距離是0.3～3R GHz。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述光信噪比通過下述等式獲得ϵ=(P2-P4)(P1-P3+P2-P4),]]>PS1=(P1-P2)(1-2ϵ),]]>OSNR=(P1-P2)2(1-2ϵ)(P2-PS1)B0Br,]]>其中，Br(nm)是分辨率，是用于確定計(jì)算所述光信噪比的放大自發(fā)輻射噪聲的功率的參考帶寬，B0是所述可調(diào)光帶通濾波器的帶寬(nm)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種監(jiān)測波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)中光信噪比的方法和設(shè)備。為了更可靠地監(jiān)測所述光信噪比，本發(fā)明通過在光信噪比的實(shí)時(shí)測量中考慮所述光系統(tǒng)的有限偏振致零率、偏振模色散和非線性雙折射，利用偏振致零法和可調(diào)光帶通濾波器，以可靠地監(jiān)測OSNR。進(jìn)一步地，所述可調(diào)光帶通濾波器可被控制來濾波波分復(fù)用信號的所有波長帶。由于本發(fā)明可使用一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備監(jiān)測多個(gè)解復(fù)用的光信號，所述光信噪比監(jiān)測設(shè)備的整體成本明顯降低。
文檔編號H04B10/077GK1720680SQ02830148
公開日2006年1月11日 申請日期2002年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者鄭允喆, 申丞均, 金哲漢 申請人:特瑞林克通訊有限公司