专利名称：具有光性能监测器的波分复用系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于可调光滤波器的光学系统的改进。
背景技术：
存在一类有名的光学装置，其实现光滤波，并能被调节为从较宽的波长谱中选择窄带波长。这些装置被用于多种光学系统中。通常工作在几十纳米波段处的波分复用系统被尤其关注。这些系统需要光性能监测(OPM)以确保信号功率、信号波长和信噪比(OSNR)在特定限度内。尤其，用于可调光滤波器的其他应用是用于光学噪声过滤、噪声抑制和波分复用。为了阐述本发明，本文的重点是OPM系统，尤其是，用于波分复用(WDM)系统的OPM系统。可以理解的是本发明并不受限于此。·在WDM系统中，基本的系统设计假定波长是稳定的。但是，由于温度变化、器件老化、电功率变化等，出现了各种各样的动态变化。为了获得最佳的系统性能，需要监测这些变化并调整系统参数以解释它们。为了实现这个目的，光学通道监测器(OCM)，又名为光性能监测器(0ΡΜ)，可用于测量WDM系统中多个信道的关键信息。OPM可监测信号动态、确定系统功能，识别性能变化等。在每种情况下，它们通常提供用于控制网络元件的反馈以优化工作性能。更具体地，这些可调光滤波器扫描C-、L-和/或C+L-带波长范围且精确测量信道波长、功率和光学信噪比(OSNR)。可调光滤波器的性能参数对于OPM的有效性同样重要。这些包括相邻信道隔离度和非相邻信道隔离度。相邻信道隔离度是指在所有相关偏振态上和标准的温度范围上，通过信道的最小点和相邻信道的最大点之差。非相邻信道隔离度是指通过信道的最小点和非相邻信道的最大点之差。对在这些监测器中使用的可调光滤波器来说，具有非常窄的带宽也是有用的。这在信号频带被可调光滤波器扫描时生成更多信息。另一方面，对于测量更宽带宽上所选择的信道中的光功率，具有相应更宽带宽的可调滤波器使得该测量更简单。这是OPM设计中遇到的多个权衡。同样存在无所不在的成本的权衡。在多信道系统中，每一个信道的监测器具有多个操作元件。认识到，在评价整个系统成本时这些元件的每一个增加了很多倍，而为了实现整个成本冲击，该监测器设计上的明显的低成本效率同样成倍增加。在一些情况下,通过增加元件来增加监测器的复杂度可能会导致系统成本的降低，而这依赖于这些元件的相对成本。
发明内容
本人设计了一种用于OPM的成本有效的可调光滤波器系统，其中，单独可调光滤波器元件用于监测一个以上信道。
当结合附图考虑时，本发明的下述说明可被进一步易于理解，其中
图I是常规WDM/0PM系统的示意表示，其中每一个WDM信道使用可调光滤波器监测；图2是图I的WDM/0PM系统中基本兀件的不意视图；图3是与图I的现有技术系统的示意图类似的示意图，其中每一个可调光滤波器用于监测一个以上WDM信道；图4是图3所示系统的替换装置的示意表示；图5是本发明的第一个实施例的示意表示，其中可调光滤波器具有双用途；图6示出本发明的实施例，其中图5中所示的单元被缩放以服务具有八个输入的多信道系统；和图7示出本发明的替换实施例，其使用双用途可调光滤波器和光开关的组合。
具体实施例方式参考图1，示出WDM系统中的OPM的传统方法。如之前所述，本发明的描述重点在WDM系统上，但作为应用的一个例子，其中可调光滤波器用于0ΡΜ，以及将本发明用于分析和修正在WDM系统的各个信道中的波长漂移等。为了简要起见，图I示出了三个信道11、12和13。但是，应该理解的是，典型的WDM系统可具有更多信道。图I示出了在发送地点处的复用器16和接收器处的解复用器17之间的传输线15a、15b和15c。在OPM的一个实施例中，复用的信号通过分接头18a、18b和18c被分接，且分接的信号被光学耦合到可调光滤波器19a、19b和19c，用于分析每一信道中的WDM信号，和检测信道劣化。可调光滤波器可横扫靠近特定信道波长的选定波长，或它们可横扫WDM频带。可调光滤波器的输出揭示了例如在信号各个信道中的功率变化。功率谱由光电二极管20a、20b和20c测量。结果经由反馈环路21a、21b和21c反馈回输入级，以调整各个信道的信号参数来修正误差。可调光滤波器/检测器子组件的通用示意图如图2所示，其中分接的信号25经由光纤链路26引导到可调光滤波器27。滤波信号通过光纤链路28引导到检测器。实施例中所示的检测器29是光电二极管。检测器可包括其他已知的用于测量滤波光信号的性质的
>j-U ρ α装直。已经认识到，OPM系统的节约可以通过在WDM系统中使用用于一个以上信道的可调光滤波器来实现。这样做的已知方法如图3所示，其中OPM系统仅使用了 4个可调滤波器27a-27d监测八个信道，输入1-8。输入I和2，例如，耦合到I X 2光开关25a。开关的输出经由波导26a耦合到可调光滤波器27a并且例如，来自可调光滤波器的光功率输出经由波导28a I禹合到光电二极管29a。利用所不位置的开关25a_25d,输入1、3、5、和7可被监测。通过切换光开关25a-25d，输入2、4、6和8可被监测。在每种情况中，可调光滤波器被横扫正被监测的波长频带。可调光滤波器横扫整个WDM频带也可能是方便的。但是，某些节约可由使用调谐范围小于整个WDM频带的可调光滤波器而导致，并且特制成更小的频带，其包括被监测的信道波长。相比于图I中的系统，图3中的系统需要半数的光电二极管，和半数的可调光滤波器，但是增加了四个1X2光开关。注意到，在该系统中所有的八个信道不能被同时监测，如同图I所示的由OPM单元构建的系统，其中每一个信道OPM具有专门的可调光滤波器。图3的系统的修改如图4所示，其中八个输入使用两个4X1光开关被监测，该两个4X I光开关包括开关元件31a、32a、33a和31b、32b和33b。在该系统中，可调光滤波器的数目和光电检测器的数目被再次减少，而相应增加了两个光开关。例如，通过对比图3和4所示的系统，基于图4所示的模块的监测八个信道的系统需要两个可调光滤波器，两个光电检测器和六个1X2光开关，对比于用于图3的OPM系统的四个可调光滤波器、四个光电检测器和四个1X2光开关。再次注意到，用于图4的OPM系统的开关矩阵具有四个独立的开关态，意味着八个信道中只有两个能被同时监测。本发明的一个优选实施例，更有用和成本有效的方法如图5所示。在图5的OPM中，两个输入，输入I和输入2,通过将每个输入引导通过光分离器51、54被监测,然后两个被弓I导通过可调光滤波器52，然后通过分离器返回。来自输入I的光通过分离器51耦合到可调光滤波器52的输入“a”并从输出“b”输出。输出“b”通过分离器54 f禹合回到光电检测器53。来自输入2的光通过分离器54耦合到可调光滤波器52的输入“b”并从输出“a”输出。输出“a”通过分离器51耦合回到光电检测器55。可调光滤波器52有效地具有两个输入和两个输出。在两种情况下，来自输入的光将到达两个光电检测器。针对监测功能，选择的频带中的光被测量。来自其他频带的光是“噪声”并被忽略。
在图5的OPM系统中，两个信道，即输入I和输入2,可以使用两个分离器,两个光电检测器和一个可调光滤波器被监测。在图3所示的OPM系统中，两个信道由单元监测，该每个单元具有一个可调光滤波器，一个光电二极管和一个1X2光开关。显然图5的OPM系统中的单元比图3的相应单元复杂，其需要5个光学元件而不是4个。但是与图3所示的系统相比，图5的系统具有两个重要的优点。一个是，尽管每一单元中有增加的元件，图5的两个信道监测器中的5个元件的综合成本仍基本比用于图3的两个信道监测器的4个光元件的成本小。这部分地由于1X2开关元件例如图3中的25a的高成本。第二个优点是重要的运行优点。采用图5所示的0ΡΜ，每一个单元中的两个信道可以同时被监测。为了同时监测一个以上的信道，由可调光滤波器扫描的波长和在光电检测器元件上测量的光应当被协调。这要求来自光电检测器的数据获取与可调光滤波器的可调元件同步。同步回路由图5中的56表示。上述的光分离器可将输入信号按任意合适比分离。通常，该比约为50-50，但可引起偏好其他比率的考虑。典型的可调光滤波器是具有至少两个端口的互逆装置(reciprocal device)。因此，图5中的端口 “a”，通常为输入端口，对于根据本发明构建的系统中的可调光滤波器的操作来说变为输入/输出端口。图5中的端口 “b”，通常为输出端口，也成为输入/输出端□。应认识到系统中所示的光分离器包括反向使用的1X2光分离器。通常，I 2光分离器用于将馈送到光分离器的输入侧，即“一”侧的光信号划分，所述信号的两个划分部分在“两”侧上退出光分离器。在根据本发明的分离器的操作中，输入信号耦合到在“两”侧上的其中一个波导。来自双程可调光滤波器的返回信号耦合到分离器的“一”侧上的波导，并通过“两”侧上的第二个波导引导到光电检测器。因而，在本发明的设置的上下文中，光分离器在“两”侧上具有输入和输出，和在“一”侧上具有输入/输出，并且此处称为2 I光分离器。分离器可为熔融光纤分离器，或其他执行此功能的等价元件。尽管此处针对此功能示出了 2 I光分离器，但是可以使用替代的耦合和/或路由元件。例如，2 2光分离器可与测量其他参数使用的增加的输出一起使用。另外，循环器可以替代图5所示的简单的2 I分离器。在这种情况下，输入光进入循环器的第一端口，从第二端口退出，穿过可调滤波器后回到第二端口，并从第三端口退出，在其上使用光电检测器来测量。因而，循环器具有两个输入和一个输出，等价于简单的1X2光分离器。两种选项是考虑光分离器或作为分光的功能性取代物。在本发明的系统中起作用的光分离器，其特征在于具有作为输入的一个端口，作为输出的另一个端口，和同时作为输入和输出的第三端口。这些装置可被称为“三端口分离器” 。如所指示的，三端口分离器可具有用于附加功能的附加端口。基于图5的模块，图6不出了具有输入1-8的系统。每一个1-8输入I禹合到2 : I分离器即分离器61a_61h的“两”侧。该八个分离器的“一”侧耦合到所示的可调光滤波器。每一个可调光滤波器为两个输入服务。可调光滤波器62ab为输入1、2服务，可调光滤波器62cd为输入3、4服务,可调光滤波器62ef为输入5、6服务,并且可调光滤波器62gh为输入7、8服务。分离器61a_61h的每一个的另外侧与光电检测器，例如，光电二极管63a_63h稱合。因而，在这个实施例中，八个信道OPM需要八个分离器和八个光电检测器，但仅需四个可调光滤波器。在图6中为了简明清楚，在光电检测器和可调光滤波器之间的同步没有示出。这些OPM的操作如同结合图5描述的。由输入1-8代表的所有八个信道可被同时监测。另一个实施例如图7所示，该另一实施例示出了基于多个输入共享可调光滤波器的OPM系统简化。这个实施例以如图3所示的方式使用1X2光开关70a-70d。它使用四个光分离器71a-71d和四个光电检测器73a-73d。但是，与图3的OPM实施例相比，图7的实施例具有更少的两个光滤波器。可调光滤波器72ab为输入1-4服务和可调光滤波器72cd为输入5-8服务。仅有一半的输入可以被同时测量。可调光滤波器可以是多种设计中的一种。该种形式的装置的例子在美国专利No. 5，917，626中描述，公布日为1999年6月29日。这种可调光滤波器是基于控制输入光路径和GRIN透镜的轴之间的距离，并使用透镜传输光束到干涉滤波器。该滤波器通过在特征波长频带内的光谱分量并反射在特征波长频带之外的光谱分量。滤波器的通过频带和抑制频带可被方便地调节以形成可调光滤波器，该可调光滤波器在WDM复用器和解复用器中是有用的。波长频带随着入射光与滤波器法向的角度而改变。该滤波器具有装置，其沿着与GRIN透镜的轴基本平行的输入光路径在距该轴的一定距离处引导光信号，并调整该距离使得被透镜透射的第一输入光信号中的光谱分量被滤波器通过或反射。该装置更多的细节可在该引用的专利中发现，其在此引入以供参考。另一类合适的可调光滤波器是MEMS滤波器。这种类型的可调光滤波器的例子在美国专利No. 6，373，632中描述，公布日为2002年4月16日，其在此引入以供参考。关于这类装置的更多信息可以通过以下方式获得http://www. axsun. com/html/products_omx_telecom. htm多种已知的可调光滤波器设计包括与可调光滤波器集成的光电检测器元件。这在物理上限制了对该可调光滤波器的接近，以这样的方式是因为可防止在上述的多个输入之间共享该可调光滤波器的便利方式。在大多数这样的情况下，为了实现本发明，需要分解可调光滤波器和光电检测器并稱合输出到多个输入之一。通常，可调光滤波器是一种能够在至少IOnm的波长范围上调谐的光滤波器。一种典型的可调光滤波器将滤去输入光频带，例如1550nm到1580nm,到在该光频带上Inm或一些rim的信道。可通过以下方式实现调谐改变可调光滤波器的电操作参数(例如，电压或电流)，机械改变该装置的物理结构，加热或冷却装置等。在优选实施例中，传送到可调光滤波器的输入端口的光信号是从被监测的WDM系统中分接出来的信号。分接的WDM信号可被调制，即在调制器后被分接，或非调制的，即在调制器之前被分接。在本发明的优选实施例中，使用光纤组件和部件实现0ΡΜ。但是，一种或多种元件、OPM系统和方法的步骤可包括其他形式的波导。例如，光集成电路可用于通过可调光滤波器路由光信号。
在本发明的上下文中，术语“I禹合”意为以任一合适的方式光学I禹合。对本领域的技术人员来说，可以存在本发明的各种额外修改。所有与本说明书的特定教导不同但基本上依赖本发明原理及现有技术已经提出的它们的替代品的变型，均处于本发明所述和所要求保护的范围之内。
权利要求
1.用于光学监测多信道的方法，包括 a)稱合第一光信道到第一三端口光分离器的输入端口， b)稱合第二光信道到第二三端口光分离器的输入端口， b)稱合第一三端口分离器的输入/输出端口到可调光滤波器的第一输入/输出端口， c)稱合可调光滤波器的第二输入/输出端口到第二三端口光分离器的输入/输出端Π, d)稱合第一三端口分离器的输出端口到第一光电检测器， e)耦合第二三端口分离器的输出端口到第二光电检测器， f)扫描可调光滤波器，和 g)测量第一和第二光电检测器的输出。
2.根据权利要求I所述的方法，其中第一和第二光电检测器的输出被同时测量。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述光电检测器是光电二极管。
4.根据权利要求I所述的方法，其中所述光分离器包括2 I光分离器。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述光分离器包括光循环器。
6.根据权利要求I所述的方法，其中一个或多个光信道在耦合到光分离器前被切换。
7.根据权利要求I所述的方法，其中正被监测的多个信道是WDM光系统的信道，并且该方法另外包括步骤通过从WDM系统中分接光信号生成第一和第二光信号。
8.根据权利要求I所述的方法，其中步骤f)和g)是同步的。
9.光学装置，包括 a)第一三端口光分离器， b)第一光信道，稱合到三端口光分离器的输入端口， c)第二三端口光分离器， d)第二光信道，稱合到第二三端口光分离器的输入端口， e)可调光滤波器，具有第一和第二输入/输出端口， f)用于I禹合第一三端口分离器的输入/输出端口到可调光滤波器的第一输入/输出端口的波导， g)用于I禹合可调光滤波器的第二输入/输出端口到第二三端口光分离器的输入/输出端口的波导， h)用于稱合第一三端口分离器的输出端口到第一光电检测器的波导， j)用于耦合第二三端口分离器的输出端口到第二光电检测器的波导。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述光分离器包括2 I光分离器。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述光分离器包括光循环器。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述光电检测器是光电二极管。
13.根据权利要求9所述的装置，具有同步装置，同步第一和第二光电检测器和可调光滤波器。
14.根据权利要求9所述的装置，进一步包括光切换装置，耦合到所述三端口光分离器，用于切换一个或多个耦合到所述光分离器的信道。
15.一种具有多个光性能监测器的WDM系统，其中光性能监测器包括 a)第一三端口光分离器，b)第一光信道，稱合到三端口光分离器的输入端口， c)第二三端口光分离器， d)第二光信道，稱合到第二三端口光分离器的输入端口， e)可调光滤波器，具有第一和第二输入/输出端口， f)用于I禹合第一三端口分离器的输入/输出端口到可调光滤波器的第一输入/输出端口的波导， g)用于I禹合可调光滤波器的第二输入/输出端口到第二三端口光分离器的输入/输出端口的波导， h)用于稱合第一三端口分离器的输出端口到第一光电检测器的波导， j)用于耦合第二三端口分离器的输出端口到第二光电检测器的波导。
16.根据权利要求15所述的WDM系统，用于监测η个信道，其中该系统具有η个光电检测器，η个三端口分离器，和η/2个可调光滤波器。
全文摘要
本说明书描述了光性能监测器，其通过耦合单个可调光滤波器到正被监测的多个信道被简化。可同时进行对一个以上信道的光学测量。该光系统结构优选为用于WDM系统的光性能监测器。在根据本发明设计的系统中，n个信道可以通过使用n个光电检测器、n个光分离器，但仅有n/2个可调光滤波器被监测。附加的系统简化可通过使用耦合到光分离器的光切换元件获得。
文档编号G02B6/12GK102933997SQ201080003272
公开日2013年2月13日 申请日期2010年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者C·林 申请人:奥兰若(北美)有限公司