超快高分辨率光学通道监控器的制造方法

超快高分辨率光学通道监控器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及超快高分辨率光学通道监控器。在此所描述的是包括保护壳体（3）、输入端口（5）的光学通道监控器（1），输入端口（5）设置在壳体（3）中并且被配置用于接收包括由波长分离的一个或多个光学通道的至少一个输入光学信号（7）。波长可配置激光器（9）位于壳体（3）内并且被配置成提供处于第一波长（λr）的光学参考信号（11）。激光器（9）被适配为横跨覆盖一个或多个光学通道的波长范围进行扫描。光混频模块（13）耦合到输入端口（5）和激光器（9）用于混合输入光学信号（7）与光学参考信号（11）从而产生混合的输出信号。接收器模块（15）被配置成接收混合的输出信号并且提取指示处于第一波长（λr）的至少一个输入光学信号的至少光学功率的信号信息。
【专利说明】超快高分辨率光学通道监控器

【技术领域】
[0001] 本发明涉及监控光学系统中的光学信号，并且特别地涉及高分辨率光学通道监控 器。尽管一些实施例将在此特别参考该应用被描述，但将认识到的是，本发明不限于这种使 用领域，并且可应用在更广泛的背景中。

【背景技术】
[0002] 贯穿说明书对【背景技术】的任何讨论决不应当被认为是这种技术是广泛已知的或 者形成该领域中的公知常识的部分的承认。
[0003] 光学通道的性能监控是稳定光学系统的评估和管理中的重要步骤。性能监控通常 使用性能监控器(诸如，光学通道监控器（0CM))在贯穿光学系统的各个位置处执行。可以 影响系统性能的参数包括：信号功率、信号波长、光学信号与噪声比（0SNR)、偏振模式色散 (PMD)和偏振相关损耗（PDL)。各种0CM被配置成监控这些参数中的一个或多个。
[0004] 产生高分辨率0CM通常总是有挑战性。当高斯（Gaussian)带形状(例如，来自0CM 内的光栅分光计）需要大光束来接入非常大数量的光栅线时，标准具技术由于所需的滤波 器形状和解卷积问题而受挫折，并且因此在大小和成本方面是有挑战的。一些技术依赖于 不同通道的并行获取或需要具有附加光纤耦合开关需求的对多个端口的串行扫描。


【发明内容】

[0005] 发明的目的是以其优选的形式来提供改进的或可替代的紧凑高分辨率光学通道 监控器。
[0006] 依据本发明的第一方面，其提供光学通道监控器，包括： 保护壳体； 输入端口，被设置在壳体中并且被配置用于接收至少一个输入光学信号，输入光学信 号包括由波长分离的一个或多个光学通道； 波长可配置激光器，位于壳体内并且被配置成提供处于第一波长的光学参考信号，所 述激光器被适配为横跨覆盖所述一个或多个光学通道的波长范围进行扫描； 光混频模块，被稱合到输入端口和激光器，以用于混合所述至少一个输入光学信号与 所述光学参考信号从而产生混合的输出信号；以及 接收器模块，被配置成接收所述混合的输出信号并且提取指示处于第一波长的所述至 少一个输入光学信号的至少光学功率的信号信息。
[0007] 优选地通过自由空间和一个或多个透镜把所述光学参考信号从所述激光器耦合 到所述混频模块。
[0008] 所提取的信号信息还优选指不处于第一波长的所述至少一个输入光学信号的偏 振。
[0009] 光学通道监控器优选地还包括信号选择模块以用于从多个光学信号中选择输 入光学信号。所述信号选择模块优选地包括可按多个预定义角度倾斜的微机电反射镜 (MEMS)，其中倾斜角度确定将特定光学信号传递到光混频模块。所述信号选择模块优选地 还包括透镜以用于把多个光束成角度地聚焦到MEMS上。
[0010] 所述输入光学信号和参考信号优选地被与所述混合的输出信号的输出的方向基 本上垂直地输入。
[0011] 所述波长可配置激光器优选地是可调谐半导体激光器。
[0012] 所述接收器模块优选地包括光电二极管阵列。
[0013] 所述光混频模块优选地被配置成混合第一信号偏振分量与第二正交参考偏振分 量，并且混合第二信号偏振分量与第一正交参考偏振分量。所述光混频模块优选地包括第 一偏振光束分离器以用于把所述输入信号空间地分离成第一和第二正交信号偏振分量。所 述光混频模块优选地包括第二偏振光束分离器以用于把所述参考信号空间地分离成第一 和第二正交参考偏振分量。在一些实施例中，第一和第二偏振光束分离器优选是单个单式 元件。
[0014] 所述光混频模块优选地包括第一偏振操控元件以用于旋转第一信号偏振分量和 第一参考偏振分量二者90度。所述第一偏振操控兀件优选地包括四分之一波片和反射镜。
[0015] 所述光混频模块优选地包括第二偏振操控元件以用于把第一和第二信号偏振分 量以及第一和第二参考偏振分量中的每一个操控成圆偏振。所述光混频模块优选地包括偏 振分离兀件以用于把第一和第二信号偏振分量中的每一个空间地分离成具有正交偏振的 信号子分量，以及把第一和第二参考偏振分量空间地分尚成具有正交偏振的参考子分量。
[0016] 依据本发明的第二方面，其提供了光学通道监控器，包括： 第一本地振荡器源输入； 包括至少一个光学通道的光学通道信号； 第一和第二光束分离器，所述光束分离器中的每一个把输入光学信号分离成基本上正 交的第一和第二偏振分量，并且在预先确定的位置输出所述第一和第二偏振分量；以及 一系列偏振转换兀件，被围绕所述光束分离器布置以用于把所述第一和第二偏振分量 的偏振转换成预先确定的被转换的第一和第二偏振分量； 其中第一本地振荡器源输入的第一偏振分量被与所述光学通道信号的正交第二偏振 分量混合以形成第一混合器输出；并且所述第一本地振荡器源的第二正交偏振分量被与所 述光学通道信号的所述第一正交偏振分量混合以形成第二混合器输出。
[0017] 依据所述第二方面的光学通道监控器优选地包括： 偏振分离兀件，把所述第一混合器输出分离成正交偏振分量并且把所述第二混合器输 出分尚成正交偏振分量以用于分析。
[0018] 依据本发明的第三方面，其提供了用于光学网络的控制系统，所述光学网络具有 多个互连节点以及设置在所述节点之间的至少一个补偿模块，所述光学网络被适配为在所 述节点之间传送包括一个或多个波长通道的光学信号，所述控制系统包括： 光学通道监控器，被配置成监控所述光学通道一个或多个特性，并且把监控器信号发 送到系统控制器；以及 系统控制器，与所述光学通道监控器以及所述至少一个补偿模块二者通信，所述控制 器被适配为响应于所述监控器信号而把控制信号发送到所述至少一个补偿模块，以便向所 监控的光学通道施加补偿。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 现在将参考附图仅以示例的方式描述本公开的优选实施例，其中： 图1是依据第一实施例的图示来自输入信号的示例性光束轨迹的光学通道监控器的 示意性平面视图； 图2是图示来自激光器的示例性光束轨迹的图1的光学通道监控器的示意性平面视 图； 图3是图示来自输入信号和激光器二者的示例性光束轨迹的图1和2的光学通道监控 器的示意性平面视图； 图4是图示来自输入信号和激光器二者的示例性光束轨迹的图1至3的光学通道监控 器的侧透视图； 图5是图示基底上的示例性布局的图1至4的光学通道监控器的示意性平面视图； 图6是封装有处于适当位置的壳体的图1至5的光学通道监控器的透视图； 图7是依据第二实施例的光学通道监控器的示意性平面视图；以及 图8是合并光学通道监控器的示例性光学网络的功能图。

【具体实施方式】
[0020] 在此所描述的是超快高分辨率光学通道监控器（0CM)的各种实施例。0CM被适配 为通过光学分接头或耦合器连接到光学网络中的指定点，以用于在那个点测量光学通道的 功率、频率和其它特性。0CM特别地被适配为监控波分复用（WDM)系统中的信号，其中具有 不同波长的多个光学通道被复用到用于横跨网络进行传送的共用载波信号（并且从其解复 用）中。以示例的方式，在密集波分复用系统（DWDM)中，光学通道以50GHz的频率在波长中 被间隔开。在其它示例性WDM光学系统中，光学通道以其它频率被间隔开，并且这个间隔可 以是随着时间可重新配置的。
[0021] 最初参考图1至4,其图示依据第一实施例的光学通道监控器（0CM) 1。0CM1包 括用于封闭地密封其中的部件的外部保护壳体3。输入端口 5被设置在壳体3中，并且被配 置用于接收包括由波长分离的一个或多个光学通道的输入光学信号7。波长可配置激光器 9位于壳体3内，并且被配置成以参考波长X^提供光学参考信号11。以不例的方式，在一 个实施例中，激光器9是FinisarF7500可调谐半导体类型激光器，其被适配为以1GHz的 增量横跨波长的整个光学C带逐步进行扫描。更一般地，激光器9被适配为横跨覆盖波长 通道的预定义波长带连续或半连续地进行扫描。在一些实施例中，激光器9其它类型的激 光器被利用。在一些实施例中，激光器9包括波长参考元件，其针对温度波动提供绝对的频 率配准和波长修正。在进一步的实施例中，激光器9位于壳体3的外面或分离的壳体内。
[0022] 光混频模块13被稱合到输入端口 5和激光器9,并且混合输入信号7与参考信号 11用来产生混合的输出信号。具有4个光电二极管17、19、21和23的接收器模块15被配 置成接收混合的输出信号并且提取指示处于参考波长A^的输入信号7的光学功率的信号 信息。以这种方式，通过把参考波长交置成光学通道的波长，该光学通道的特性可以被 监控。通过扫描横跨波长范围的参考波长Ay多个光学通道的特性可以按时分的方式被监 控。
[0023] 激光器9、混频模块13和接收器模块15全部被安装到壳体3内的基底25。如图 5的平面布局中所不的，基底25包括电气互连(例如，27、29和31)以用于以电气方式控制 监控器的各个方面，包括：激光器增益、激光器中心频率、热电冷却器、光电二极管控制和对 外部处理器(未示出）的数据输出。将被认识到的是：图5中图示的布局仅是基底25上的 元件的示例性布局。本领域的技术人员将认识到〇CM1可以在不背离这个公开的范围的情 形下在各种布局中被实现。
[0024] 参考图6,其图示了具有处于适当位置的壳体3的0CM1的透视图。除了输入端口 5之外，壳体3还包括多个电气管脚33,其被连接到基底25中的电气互连。电气管脚33允 许0CM1到外部控制系统(未示出）的连接，以用于控制0CM1并且提取由0CM1获得的数 据。
[0025] 返回到图1至4,将描述输入信号7和参考信号11的路径。参考信号11通过准直 透镜35从激光器9耦合到混频模块13。相似地，输入信号7通过单个准直透镜37从输入 端口 5耦合到混频模块13。这个无光纤、基本上自由空间传播减少了光学损失以及其它效 果，诸如TOL。将被认识到的是：在其它实施例中，附加的透镜或其它耦合光学器件被提供 以把输入信号7和参考信号11耦合到混频模块13。
[0026] 在0CM1中，输入端口 5和激光器9被相对地设置以允许输入信号7和参考信号 11在相对的方向上被输入到0CM1。另外，输入信号7和参考信号11被与混合输出信号的 输出方向基本上垂直地输入。这个配置允许简单、紧凑的设计，其是便携式的并且便于在不 同的网络点处分接到光学网络中。
[0027] 现在将参考图1至4描述混频模块13的操作。如将被描述的，混频模块13的总 体操作是把输入和参考信号划分成相应的第一和第二正交偏振分量，并且把这些正交分量 混合在一起。特别地，混频模块13混合第一正交信号偏振分量与第二正交参考偏振分量， 并且混合第二正交信号偏振分量与第一正交参考偏振分量。
[0028] 相干检测中的最近发展在美国专利申请公开2001/0019994中被描述，其标题为 "Highbandwidthdemodulatorsystemandmethod",属于Frisken并转让给Finisar公 司（在下文为"Frisken")，公开了能够解码光学信号的复杂电场向量以得出编码在该信号 中的相位和偏振信息的解调器。本发明的发明人已确认在Frisken中所描述的原理可应用 到通道监控技术。然而，相干接收器通常花费大约数万美元，而0CM通常便宜的多。本0CM 和混频模块13考虑成本和紧凑性而进行设计，并且把相干接收原理扩展到0CM但被适配为 不依赖相干检测。
[0029] 尽管相干接收器需要比正被检测的数据率更大的带宽，但0CM测量平均光学功 率，并且不需要这样的高带宽。相应地，混频模块13被适配为把在显著较低带宽处的信号 处理成典型相干接收器的信号，以减少0CM的总体成本和大小。如图1中所示的，光混频模 块13包括用于把输入信号7空间地分离成第一和第二正交信号偏振分量41和43的第一 偏振光束分离器39。光束分离器39在横截面中基本上是长方形，并且包括两个玻璃材料的 楔形元件45和47,其定义了中心角界面49。界面49包括介电涂层，其允许一个偏振分量 穿过同时反射正交分量。
[0030] 在替代实施例中，元件45和47被定形使得界面49以布鲁斯特（Brewster)角形 成角度，其由

【权利要求】
1. 一种光学通道监控器，包括： 保护壳体； 输入端口，被设置在所述壳体中并且被配置用于接收至少一个输入光学信号，所述输 入光学信号包括由波长分离的一个或多个光学通道； 波长可配置激光器，位于所述壳体内并且被配置成提供处于第一波长的光学参考信 号，所述激光器被适配为横跨覆盖所述一个或多个光学通道的波长范围进行扫描； 光混频模块，被禪合到输入端口和激光器，W用于混合所述至少一个输入光学信号与 所述光学参考信号从而产生混合的输出信号；W及 接收器模块，被配置成接收所述混合的输出信号并且提取指示处于第一波长的所述至 少一个输入光学信号的至少光学功率的信号信息。
2. 根据权利要求1所述的光学通道监控器，其中通过自由空间和一个或多个透镜把所 述光学参考信号从所述激光器禪合到所述混频模块。
3. 根据权利要求1所述的光学通道监控器，其中所提取的信号信息还指示处于第一波 长的至少一个输入光学信号的偏振。
4. 根据权利要求1所述的光学通道监控器，包括；信号选择模块，用于从多个光学信号 中选择输入光学信号。
5. 根据权利要求4所述的光学通道监控器，其中所述信号选择模块包括可按多个预 定义角度倾斜的微机电反射镜（MEMS)，其中倾斜角度确定将特定光学信号传递到光混频模 块。
6. 根据权利要求4所述的光学通道监控器，其中所述信号选择模块包括透镜W用于把 多个光束成角度地聚焦到MEMS上。
7. 根据权利要求1所述的光学通道监控器，其中所述输入光学信号和参考信号与所述 混合的输出信号的输出方向基本上垂直地被输入。
8. 根据权利要求1所述的光学通道监控器，其中所述波长可配置激光器是可调谐半导 体激光器。
9. 根据权利要求1所述的光学通道监控器，其中所述接收器模块包括光电二极管阵 列。
10. 根据权利要求1所述的光学通道监控器，其中所述光混频模块被配置成混合第一 信号偏振分量与第二正交参考偏振分量，并且混合第二信号偏振分量与第一正交参考偏振 分量。
11. 根据权利要求10所述的光学通道监控器，其中所述光混频模块包括第一偏振光束 分离器W用于把所述输入信号空间地分离成第一和第二正交信号偏振分量。
12. 根据权利要求11所述的光学通道监控器，其中所述光混频模块包括第二偏振光束 分离器W用于把所述参考信号空间地分离成第一和第二正交参考偏振分量。
13. 根据权利要求12所述的光学通道监控器，其中第一和第二偏振光束分离器是单个 单式元件。
14. 根据权利要求12所述的光学通道监控器，其中所述光混频模块包括第一偏振操控 兀件W用于旋转第一信号偏振分量和第一参考偏振分量二者90度。
15. 根据权利要求14所述的光学通道监控器，其中所述第一偏振操控元件包括四分之 一波片和反射镜。
16. 根据权利要求14所述的光学通道监控器，其中所述光混频模块包括第二偏振操控 兀件W用于把第一和第二信号偏振分量W及第一和第二参考偏振分量中的每一个操控成 圆偏振或45°线性偏振。
17. 根据权利要求16所述的光学通道监控器，其中所述光混频模块包括偏振分离元件 W用于把第一和第二信号偏振分量中的每一个空间地分离成具有正交偏振的信号子分量， W及把第一和第二参考偏振分量空间地分离成具有正交偏振的参考子分量。
18. -种光学通道监控器，包括： 第一本地振荡器源输入； 包括至少一个光学通道的光学通道信号； 第一和第二光束分离器，所述光束分离器中的每一个把输入光学信号分离成基本上正 交的第一和第二偏振分量，并且在预先确定的位置输出所述第一和第二偏振分量；W及 一系列偏振转换元件，被围绕所述光束分离器布置W用于把所述第一和第二偏振分量 的偏振转换成预先确定的被转换的第一和第二偏振分量； 其中第一本地振荡器源输入的第一偏振分量被与所述光学通道信号的正交第二偏振 分量混合W形成第一混合器输出；并且所述第一本地振荡器源的第二正交偏振分量被与所 述光学通道信号的所述第一正交偏振分量混合W形成第二混合器输出。
19. 根据权利要求18所述的光学通道监控器，还包括： 偏振分离元件，把所述第一混合器输出分离成正交偏振分量并且把所述第二混合器输 出分贸成正交偏振分量W用于分析。
20. -种用于光学网络的控制系统，所述光学网络具有多个互连节点W及设置在所述 节点之间的至少一个补偿模块，所述光学网络被适配为在所述节点之间传送包括一个或多 个波长通道的光学信号，所述控制系统包括： 光学通道监控器，被配置成监控所述光学通道一个或多个特性，并且把监控器信号发 送到系统控制器；W及 系统控制器，与所述光学通道监控器W及所述至少一个补偿模块二者通信，所述控制 器被适配为响应于所述监控器信号而把控制信号发送到所述至少一个补偿模块，W便向所 监控的光学通道施加补偿。
【文档编号】H04B10/077GK104467958SQ201410480200
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2013年9月20日
【发明者】S.J.弗里斯, C.普里卡塞里, S.波勒 申请人:菲尼萨公司