基于并联不对称马赫增德干涉仪的带内光信噪比监测法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信技术领域，具体为一种基于并联不对称马赫增德干涉仪的带内 光信噪比监测法。
【背景技术】
[0002] 由于光信噪比对光信号误码率的影响，它是信号健康的一个主要诊断因素，在波 分复用系统中测量光信噪比是一个重要的诊断工具。传统上，某一信道的光信噪比值通过 测量两信道间的噪声水平并且为了决定信道频率上的噪声值执行线性插值法，即带外光信 噪比监测。而光分叉复用器的应用使得各波分复用信道参数由于传输链路的不同而积累不 等的损伤使得这些带外光信噪比监测方法无效。例如，如图1所示，图1(a):反映由于经过 的传输链路的不同而导致的信道间不同的噪声水平；图1(b)光滤波器或者复用/解复用可 滤除带外噪声，但不能滤除带内噪声。经过不同的链路传输后的各信道光信噪比不一样，且 带内、带外光信噪比差别很大。
[0003] 因此，有许多监测带内光信噪比的技术被提出，包括偏振归零法，波形采样法，信 号谱分析法和基于非线性克尔效应的方法。
[0004] 利用偏振分极法测量信号的光信噪比值操作简单、成本低，且不受速率和码型的 限制，是一种非常有效的光信噪比监测方法。其致命缺陷在于其假定待测信号的数据信号 是全偏的，而噪声是无偏的；但在实际中，由于传输链路中光纤的双折射效应、偏振相关增 益、损耗等外界不确定因素，数据信号会"去偏"或噪声会部分起偏，这种情况下，偏振分极 法将无法区分信号和噪声，失去了测量准确性，还需要进一步的改进以符合实际需求。波形 采样法是对待测信号的波形进行分析的一种方法，它包括同步采样法、异步采样法及延时 采样法。其中，同步采样法已很成熟，能同时监测信号的信噪比、时间抖动、质量因子、眼图 质量等信息，但由于需要对待测信号进行时钟提取以保持采样与信号的同步性，当信号速 率较高时，成本成指数增长，难以应用于未来高速网络。异步采样法直接通过对信号总功 率进行统计分析来分析信号性能，不受信号速率的限制、成本低，且避免了对信号时钟的提 取，但却以牺牲信号恶化源信息为代价。延时采样法不需提取时钟信号，可同时监测多种损 伤，如色散、偏振模色散和光信噪比，已成为目前研究最多的方法之一；但其最大的问题在 于两路信号的采样延时与速率有关，需要精确设置；也就是说该方法对速率不透明，需要进 一步的研究和改进。频谱分析法将对高速信号的监测巧妙地转化为对低速信号的监测，避 免了使用高速器件的限制，降低了成本；但也存在明显的缺点：
[0005] (i)由于低频射频信号与波分复用数据信号频谱交叠，低频信号会与数据信号产 生干涉而互相影响，对低频信号功率的要求比较严格，要足够大以区别信号与噪声，但不能 太大以免影响数据信号的传输与接收；
[0006] (ii)由于对信道加载了低频信号而增加了系统的复杂度。非线性克尔效应法包括 利用半导体光放大器、高非线性光纤以及一些其它非线性波导器件的四波混频效应、交叉 相位调制效应、参量放大、干涉法和双光子吸收等非线性效应进行的光信噪比监测。基于非 线性效应的方法的最大特点就是全光操作、速率高、结构简单、成本低；基于其上述优点，基 于非线性效应的信号性能监测引起了越来越多人的兴趣，展开了大量的研究。其中，基于马 赫增德干涉仪的光信噪比监测吸引了很多关注。
[0007] 由于待测信号中信号的相干性和噪声的非相干性，信号在马赫增德干涉仪中会相 干相长/相干相消，而噪声不会；利用该特性则可分离待测信号的信号与噪声。马赫增德干 涉仪结构如图2所示，是由两个3dB耦合器和两个干涉臂所组成。
[0008] 基于马赫增德干涉仪的光信噪比监测利用信号和噪声的相干特性来计算光信噪 比值。然而这种方法需要获得信号的自相关函数，这必须对每一个调制器进行校准。其通 常需要关掉信道中的噪声，这在实际中是不可能实现的。这个问题能通过用一对有着不同 延时值的麦克尔逊干涉仪来解决。而双麦克尔逊干涉仪法的方案结构庞大，稳定性较低，且 存在着无法集成、受外界环境干扰及输入光功率高的局限性。正是由于基于光纤非线性效 应的方案存在集成性和稳定性的问题（其中集成化作为实现高速、低功耗、低成本并使其 走向应用的关键而尤为重要），人们意识到全光信号性能监测的发展方向必是基于体积小、 可集成的半导体器件的，其主要原因是可以借助成熟的半导体制造技术和加工工艺，不但 可以实现许多新的功能结构，而且也具有大规模集成的远景，是未来最有可能取得突破的 方向。
【发明内容】
[0009] (一）要解决的技术问题
[0010] 本发明提出一种新的结构，所述结构由一对平行的有着不同光延时值的马赫增德 干涉仪组成，从而实现带内光信噪比监测。本发明保持了基于马赫增德干涉仪的光信噪比 监测的优点，即不受色散，偏振模色散和偏振噪声的影响，因此使得该方案在未来高速光网 络应用中实现。其次，它继承了参考文献[13]中的优点，即不需要去掉噪声来测量信号的 相干特性。最后，对比于[13]，通过仿真验证，本发明能制作成半导体集成器件。
[0011] 本发明用双马赫增德干涉仪制作半导体集成器件，实现用该方案进行光信噪比监 测过程中，证明并联不对称马赫增德干涉仪制造半导体集成器件的可行性。首先评估马赫 增德干涉仪中耦合器不平衡度对光信噪比监测的影响，然后研究马赫增德干涉仪两臂间在 制作过程中产生的长度偏差对测量结果的影响。
[0012] [13]E. Flood et al., ^Interferometer Based In-Band OSNR Monitoring of Single and Dual Polarisation QPSK Signals, Proc. EC0C, Th. 9. C. 6, Italy (2010).
[0013] (二）技术方案
[0014] 为了解决上述技术问题，本发明提供了基于并联不对称马赫增德干涉仪的带内光 信噪比监测法，所述方法分为如下步骤：
[0015] 引入相应待监测的信号源；
[0016] 信号与噪声通过3dB耦合器形成噪声信号；
[0017] 将用作信道滤波器的光带通滤波器插在光信噪比监测仪之前；
[0018] 将滤出的噪声信号送入光信噪比监测器中计算光信噪比值；提出的光信噪比监测 方案是由一个IX 3耦合器和三个IX 2的3dB耦合器组成的两个并联的马赫增德干涉仪；
[0019] 两并联马赫增德干涉仪延时臂分别设置不同延时值；所述延时值为：上延时3ps， 臂下延时臂IOps ;
[0020] 调节两个马赫增德干涉仪共用臂的相位值，使输出功率分别达到最大值和最小 值，用终端的功率计记录数据；
[0021] 用功率计记录的最大值和最小值计算马赫增德干涉仪的可见度；
[0022] 测得噪声归一化自相关函数值；
[0023] 通过计算得的可见度值和测得的噪声归一化自相关函数值计算出光信噪比；
[0024] 将计算出的光信噪比与光信噪比参考值对照，并评估该监测法的性能。
[0025] 为了解决上述技术问题，本发明提供了集成基于并联不对称马赫增德干涉仪的带 内光信噪比监测法，所述方法分为如下步骤：
[0026]弓丨入相应待监测的信号源；
[0027] 信号与噪声通过3dB耦合器形成噪声信号；
[0028] 将用作信道滤波器的光带通滤波器插在光信噪比监测仪之前；
[0029] 将滤出的噪声信号送入光信噪比监测器中计算光信噪比值；提出的光信噪比监 测方案是由一个1X3耦合器和三个1X2的3dB耦合器组成的两个并联的马赫增德干涉 仪；
[0030] 两并联马赫增德干涉仪延时臂分别设置不同延时值；所述延时值为：上延时3ps， 臂下延时臂IOps ;
[0031] 调节两个马赫增德干涉仪共用臂的相位值，使输出功率分别达到最大值和最小 值，用终端的功率计记录数据；
[0032] 用功率计记录的最大值和最小值计算马赫增德干涉仪的可见度；
[0033] 测得噪声归一化自相关函数值；
[0034] 通过计算得的可见度值和测得的噪声归一化自相关函数值计算出光信噪比；
[0035] 将计算出的光信噪比与光信噪比参考值对照，并评估该监测法的性能；
[0036] 集成所述基于并联不对称马赫增德干涉仪的带内光信噪比监测方案。
[0037] 为了解决上述技术问题，本发明提供了，一种证明两并联马赫增德干涉仪制造半 导体集成器件的可行性验证的方法，所述方法分为如下步骤：
[0038] 评估马赫增德干涉仪中耦合器不平衡度对光信噪比监测的影响；
[0039] 研究马赫增德干涉仪两臂间在制作过程中产生的长度偏差对测量结果的影响；