专利名称：一种光通道性能监测模块的制作方法
技术领域：
本发明属于光电设备制造领域，涉及一种用在光传输系统如密集波分复用
(DWDM, dense wavelength division multiplexing)系统中的光通道'f生能监须寸 (OPM， optical performance monitoring)模块。背景技术：
在多通道的光网络中，通道的波长和功率稳定性十分重要。光通道的稳定 性很大程度上取决于网络中光发射器的性能。随着激光器老化及其工作温度变 化，激光器发射的激光波长和强度都易于发生变化。在DWDM网络中由于光通道 增加，通道间隔变窄，波长漂移会引起相邻通道的串扰，使光通道波长漂移和 强度抖动变得更为明显，这会导致传输数据错误或者传输失败。由此，网络的 安全高效运行就越来越需要得到有效的保障和加强。光通道性能监测(OPM)模 块就是为满足这些需求而出现的一种精确、轻便和低成本的测试冲莫块。
0PM模块能够对网络传输信号流中每个通道的性能进行实时监测。其监测的 三个主要指标为光通道的波长、功率和光信噪比(optical signal to noise ratio, 0SNR)。现有的0PM模块从原理上主要分为两种类型，衍射型0PM模块 和干涉型0PM模块。
基于衍射型的0PM原理，如图1所示，给出了利用透射式衍射光栅作为衍 射元件的0PM基本原理。衍射型的0PM模块中无活动部件，能够对不同波长的 光信号进行同时采样，其优点在于稳定性好、测量时间短。而缺点也较为明显 体积较大；存在衍射效应，造成光信号的通道间干扰；受到阵列探测器的单个 象素尺寸和象素数量的限制，对光信号的采集有一定误差；高精度、动态范围 大的阵列探测器，带来了成本的上升。
千涉型0PM的原理如图2所示，它主要由三部分组成可调谐滤波器、探测器和倌号处理与控制器。这类0PM模块优点在于体积小，光路简单，无衍射 影响；采用单个光电探测器，提高了光信号的采集效率、降低了成本。干涉型 OPM的缺点在于其核心器件可调谐滤波器目前还很难达到OPM所需要的带宽和速 率以及其他指标。由于采用了串行扫描方式，不能对所有信号成分进行同时采 样，扫描速度较慢( 一般需要几百ms )，对系统信号的实时监控有一定的困难。 而在本发明中，基于千涉型0PM的原理，采用了一种快速响应的电光陶资 来取代现有干涉型OPM模块中的可调滤波器。该发明继承了现有干涉型0PM模 块的所有优点体积小，光路简单，无衍射影响，成本低。同时还改善了千涉 型OPM模块的缺点，兼具衍射型OPM模块的优点。首先，该发明的OPM模块扫 描时间可达到亚ms量级，远高于现有干涉型0PM模块，可与衍射型OPM模块相 比甚至优于很多衍射型0PM模块。其次，该发明在驱动方式上用电控制来取代 机械控制，避免了机械控制存在不稳定性的缺陷，而通过对电压控制可以很容
易实现高精度定位，增强了可靠性。
发明内容
.本发明的目的在于提出了一种基于快速响应的电光陶瓷的光通道性能监 测模块方案，这种光通道性能监测模块克服了现有衍射型和干涉型0PM的缺点， 兼具有响应速度快、稳定性高、体积小、结构简单、无衍射影响、无机械控制、 可靠性高的优点。
本发明所采用的技术方案是
一种光通道性能监测模块，沿着监测输入信号光路方向依次设置有基本单 元准直器、可调谐F-P滤波器、光电探测器，并且可调谐F-P滤波器与电压
驱动器连接。
'所迷的可调谐F-P滤波器可由一种快速响应的电光陶资片构成，并且，在 该电光陶乾片两面镀反射膜构成F-P滤波器，在反射膜外还镀有透明的导电膜电极，导电膜电极与电压驱动器连接，通过电压驱动器给该电光陶瓷片施加电
场
所迷的可调谐F-P滤波器厚度适当，保证该F-P滤波器在整个通信带宽内
只有一个透射峰。通过改变所述电光陶瓷片的电场强度，可改变其折射率，使
所述F-P滤波器的透射峰移动，实现所述F-P滤波器的可调谐。
所迷的电光陶资片具有极高的电光响应速度，可在很短的时间(亚ms量级) 内扫描整个通信带宽内的光信号。
'所迷的电光陶瓷片具有很高的电光系数，该F-P滤波器的透射峰在该通信 带宽内移动一周只需要很小的电压变化量。
所迷的可调谐F-P滤波器还可由其它可变折射率或者厚度的、可以快速响 应的材料来构成。
所迷的可调谐F-P滤波器调谐方式不仅限于电光，还包括磁光、热光等方式。
所迷的F-P滤波器后面可增加一个透光的衬底，以降^f氐电光陶f:片的加工 难k,增强F-P滤波器的稳定性。
本发明优点由于电光效应，电光陶瓷的折射率随其上施加的电场而变化， 即改变了 F-P滤波器的自由光语区(FSR)宽度，使得F-P滤波器的透射峰移动， 实现可调谐。通过改变该电光陶瓷上的电场可改变其折射率，使F-P滤波器的 透射峰移动。适当选择F-P滤波器的厚度和反射率，使得在整个通信带宽内只 有一个透射峰且其带宽足够窄，就可以对整个通信带宽内各个通道的光信号进 行扫描，得出不同光通道的波长、功率，并经过一定的算法和处理得出各通道 的光信噪比(OSNR)。该电光陶瓷具有极高的电光响应速度(达到亚US量级)，对整个通信带宽
内光信号的扫描只需要很短的时间(亚ras量级)。这使得该光通道性能监测模 块的扫描速度远远优于现有干涉型0PM,甚至优于衍射型0PM。
由于该电光陶瓷电光系数很大，因此很小(几十V)的电压变化量就可以保 证透射峰在整个通信带宽内移动一周，将不同波长/频率的光信号成分提取出 来。
由于本发明电光陶瓷是直接用电控制，电压驱动器结构简单，而且调谐速 度很快，避免了机械控制存在不稳定性的缺陷。而通过对电压控制可很容易实 现高精度定位，增强了可靠性。
综上所述，采用快速响应电光陶瓷的光通道监测模块，克服了现有衍射型 和干涉型0PM的缺点，兼具有响应速度快、稳定性高、体积小、结构简单、无 衍射影响、无机械控制的优点。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的"i兌明。 图1衍射型0PM模块原理图。
图2干涉型0PM模块原理图。
'图3本发明OPM;f莫块基本单元结构示意图。
图4本发明可调谐F-P滤波器结构示意图。
图5本发明可调谐F-P滤波器透射峰随电压的变化规律。
图6本发明OPM才莫块的扫描波形示意图。
图7本发明带衬底的F-P滤波器示意图。
具体实施方式
以下it过具体实施方式
对本发明进行更进一步的描述
参騰蹈3，本发明的基本单元如图3所示。本发明的基本单元包括准直器(1 )、可调谐F-P滤波器(2)、光电探测器(3)、电压驱动器(4)。沿着监测输入 信号光路方向依次设置有准直器(1)、可调谐F-P滤波器(2)、光电探测器
(3),并且可调谐F-P滤波器(2)与电压驱动器(4)连接。参照图4,其中， 可调谐P-P滤波器(2)由电光陶瓷片(21)及反射膜层(22) 、 (23)构成。 待监测的输入信号光A从准直器(1 )输出为Al， Al入射到电光陶瓷片(21 )， 在电光陶瓷片(21)前、后表面分别镀上反射膜(22 ) 、 ( 23 )，反射膜(22 )、
( 3)和电光陶瓷片(21)构成F-P滤波器(2)。为了给电光陶瓷片(21)加 电压，在反射膜(22 ) 、 ( 23 )外镀导电膜电极(24 ) 、 ( 25 )。电极一般采 用IT0 4ft^方式，通过电压驱动器(4)给该电光陶瓷片(21)施加电场，入射 光A1在F-P滤波器(2)内发生多次干涉后射出，出射光为A2。
在电光陶瓷片(21)上施加电场时会产生电光效应，使电光陶瓷片(21) 的折射率发生变化。通过改变电压进而改变电光陶瓷片(21)上的电场，可改 变电光陶瓷片(21)的折射率，即改变了 F-P滤波器(2)的FSR，使F-P滤波 器.(2)的透射峰移动。按一定的变化间隔来改变电压，可实现对输入光进行扫 描，得到不同信道的光波长、功率，并通过一定的算法计算得到各信道的OSNR 值。
适当选择电光陶瓷片(21)的厚度，可以保证在整个通信带宽内(此处选 取通信用波段1520nm 1570nm为例)只存在一个透射峰。如图5波长扫描原理 示意图内三条透射曲线所示，其中，三条透射曲线分别表示不同驱动电压下F-P 滤波器(2)的透射特性。横轴表示波长，纵轴用损耗(dB)来表示透射率。随 着电压增加、从Ul变到U3, F-P滤波器(2 )的透射峰从1570nm顺序移到1520nm。 由于电光购瓷具有极高的电光响应速度，因此可在很短的时间(亚ms量级)内 扫描整个波段的光信号。如图6所示为0PM的扫描波形示意图。其中扫描脉冲(31)的实际形状为 F-P滤波器(2)的透射波形，如虛线(32)表示扫描得到的信号镨形状。图6 中透射波形状只是为了示意，而实际中受到F-P滤波器(2)带宽的影响，相邻 扫描脉冲之间可能会存在重叠区，这可通过算法来进行处理和修正。
如闺7所示，为了降低电光陶瓷片(21)的加工难度，增强F-P滤波器的 稳定性，可以在F-P滤波器(2)后增加一个透光的衬底，其中，衬底(5)为 透光材料。衬底(5) —方面可以对F-P滤波器(2)起到固定作用；另一方面， 也T支撑电光陶瓷片(21),使抛光加工时电光陶瓷片(21)的厚度可以磨到 很薄(几十um)。
本发明提出的光通道性能监测模块，其中的可调谐F-P滤波器(2)除了可 采用快速响应的电光陶瓷外，还可由其它可变折射率或者厚度的、可以快速响 应的材料来构成，而调谐方式不仅限于电光，还包括磁光、热光等方式。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该 明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和 细—上可以对本发明做出各种变化。
权利要求
1、一种光通道性能监测模块，其特征在于沿着监测输入信号光路方向依次设置有基本单元准直器、可调谐F-P滤波器、光电探测器、并且可调谐F-P滤波器与电压驱动器连接。
2、 如权利要求1所述的一种光通道性能监测模块，其特征在于所述的可 调谐F-P滤波器可由一种快速响应的电光陶资片构成，并且，在该电光陶资片 两面镀反射膜构成F-P滤波器，在反射膜外还镀有透明的导电膜电极，导电膜 电极与电压驱动器连接，通过电压驱动器给该电光陶f:片施加电场。
3、 如权利要求1所述的一种光通道性能监测模块，其特征在于所述的可 调谐F-P滤波器厚度适当，保证该F-P滤波器在整个通信带宽内只有一个透射 峰。
4、 如权利要求2所述的一种光通道性能监测模块，其特征在于所述的电 光陶瓷片具有很高的电光系数，该F-P滤波器的透射峰在该通信带宽内移动一 周只需要4艮小的电压变化量。
5、 如权利要求1、 2所述的一种光通道性能监测模块，其特征在于所述 的可调谐F-P滤波器还可由其它可变折射率或者厚度的、可以快速响应的材料 来构成。
6、 如权利要求1、 2所述的一种光通道性能监测模块，其特征在于所述 的可调谐F-P滤波器调谐方式不仅限于电光，还包括磁光、热光等方式。
7、 如权利要求1、 2所述的一种光通道性能监测模块，其特征在于所述 的F-P滤波器后面可增加一个透光的衬底。
全文摘要
本发明属于光电设备制造领域，提供了一种光通道性能监测模块(OPM)，由基本单元准直器、电光陶瓷片、光电探测器、电压驱动器等组成。所述的电光陶瓷片两面镀反射膜构成F-P滤波器，F-P滤波器的可调谐是通过改变该电光陶瓷的折射率来实现的。通过改变电光陶瓷上的电场可改变其折射率，使F-P滤波器的透射波长产生移动，从而可对整个通信带宽内各个光通道的波长、功率进行扫描，并经过一定的算法和处理得出各通道的光信噪比(OSNR)。由于采用了快速响应的电光陶瓷，该光通道性能监测模块扫描时间达到亚ms量级，克服了现有衍射型和干涉型OPM的缺点，兼具有响应速度快、稳定性高、体积小、结构简单、无衍射影响、无机械控制的优点。
文档编号H04B10/08GK101552638SQ20081009861
公开日2009年10月7日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者潘忠灵, 霜 莫, 蒋友山 申请人:福州高意通讯有限公司