专利名称：通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，特别涉及包括在波分复用光纤通信系统中使用的那些波长滤波器，并更特别涉及确定这种波长滤波器的状态和完整性的装置。
光纤通信系统是通信网络的实质性的和快速增长的成分。这里使用的术语“光纤通信系统”涉及利用光信号传送信息的任何系统。这种光系统包括，但不限于，电信系统、有线电视系统和局域网(LAN)，在Gowar编辑的“光通信系统”(PrenticeHall，N，Y，)中描述了这些光系统。当前，大多数光通信系统配置成一个在一个或多个光波导中传送单一波长的光信道。为了传送来自多个源的信息，经常采用时分复用(TDM)。在时分复用中，给每个信号源分配一个特定的时隙，来自其中一个信号源的全部信号由从相关时隙收集的信号部分重组。虽然这对于在单一信道上携带来自多个源的信息是有用的技术，但其容量受到光纤散射的限制，并需要产生高峰值能量脉冲。
随着通信服务需求的增加，现存波导介质的当前容量受到限制。虽然通过例如放置更多的光纤电缆可以扩容，但这种扩展的费用是不允许的。从而，存在以成本效益的方式来增加现存光波导容量的需求。
现在利用波分复用(WDM)来增加现存光纤网络的容量。在WDM系统中，在单一的波导中携带多个光信号信道，每个信道被分配特定的频谱部分。理想地，每个信道将被分配以单一波导为中心的波段。实际上，由于可用资源的缺陷和由于因对载波的调制而导致的频谱变宽和由于传输介质的散射和传播，每个信号信道将在更大或更小程度上跨越频谱。这里参考“波长”来进行相应的解释。
已经开发了光纤网络以便允许从一个回路、环路、网孔单元或网络线路中的一个光纤到不同的回路、环路、网络单元或网络线路直接以光的形式传送携带模拟或数字数据的WDM信道(WDM信号)的光信号，而不需要在网络的互连点将信号转换为电信号。这些互连点(或节点)包括光分出/插入复用器OADM或光交叉连接点OXC。
在西班牙马德里1998年9月的欧洲光通信会议和美国1998年2月的光纤会议的会议录中描述了获得光分出/插入复用器(或交换)或光交叉连接交换的若干方法。
从一组WDM信号中达至交换一个WDM信号的一种已知方法是把这组信号传送到光循环器的一个第一端口。这些WDM信号在一个第二端口将退出循环器。一系列可调谐光滤波器设置在第二端口，使得WDM信号组中所选的一个信号被此系列滤波器反射回第二端口，并且信号组中其它的信号被此相同系列的滤波器通过。反射信号在第二端口返回到光循环器并在一个第三端口出现。
在第二端口每个WDM信号需要一个滤波器。通过安排滤波器可以失谐或调整到相对于此WDM信号的谱宽的一个量来得到开关操作。因此，如果安排滤波器正常地反射一个特定的WDM信号，调谐将导致滤波器通过此信号。或者，如果安排滤波器正常地通过信号时，调谐将导致滤波器反射一个特定的信号。此过程允许从总组中选择任何一个子组的WDM信号。
携带WDM信号(例如40Gbit/s)的光纤的大容量和信号信息内容的潜在价值意味着知道开关在任何一个时间处于哪种状态和当启动时开关设备(例如滤波器)将正确地操作是很重要的。
因此，需要一种方法和一种系统来在光通信网络的开关和路由设备中监视可开关滤波器的操作。
本发明提供了一种用于检验波长滤波器操作的系统，该波长滤波器包括一个用于反射一个第一波长的第一信号的第一选择反射元件(SRE)和一个用于反射不同波长的一个第二信号的第二SRE；该系统还包括检验装置，用于通过检测由特定的其中一个选择反射元件反射的信号来检验波长滤波器的操作。
在一个优选实施例中，本发明提供了一种系统，在该系统中，一个特定的SRE与位于数据波段之外的反射波段相关，而另一个SRE与位于数据波段之内的反射波段相关。
在另一个优选实施例中，本发明提供了一种系统，在该系统中，滤波器包括一个用于调整由第一SRE反射的波长和由第二SRE反射的波长的调整装置，其中，在操作中，对由第一SRE反射的波长的调整导致对由第二SRE反射的波长的相应调整。
在另一个优选实施例中，本发明提供了一种系统，在该系统中，滤波器包括一个用于在由第一SRE反射的波长中引入变化和用于在由第二SRE反射的波长中自动地引入相应变化的调整装置。
本发明还提供了一种用于检验波长滤波器操作的方法，该波长滤波器包括一个用于反射一个第一波长的第一信号的第一选择反射元件(SRE)和一个用于反射不同波长的一个第二信号的一个第二SRE；该方法包括检测由特定的其中一个SRE反射的信号的步骤。
现在利用示例并参考附图描述本发明的实施例，附图中
图1以示意方式示出本发明的一个实施例的装置；图2以示意方式示出通过现有技术的光纤布拉格(Bragg)光栅的交叉部分，以便说明其功能；图3、4和5表示根据本发明的滤波器的波长特性连同各个入射信号的波长特性；图6示出从本发明的滤波器反射的信号的时间与幅度关系图。
一种用于检验波长滤波器操作的系统示于图1的方框图1中。该检验系统1包括波长滤波器2，它接收在图左侧表示的一个输入并产生在图右侧表示的一个输出。滤波器2包括两个或多个选择反射元件(未示出)，它们反射从输入端接收的特定波长的信号，利用示例中标记的Λ1和Λ2表示这样的两个反射信号。任何从输入端接收的不在滤波器中反射的信号会通过滤波器以形成输出信号。至少一个选择反射元件(未示出)反射波长信号(Λ2)以用于检验装置3的检测。检验装置3被安排得允许检验系统通过检验反射信号Λ2而确定滤波器2的操作。
根据本发明的一个实施例，一个滤波器具有两个选则发射元件(SRE)，各与不同的反射波段相关。滤波器具有一个与一个第一反射波段相关的第一SRE，此第一SRE能够被开关，使得在一种状态中会反射一个特定的WDM数据信号并在第二状态中通过此信号。
滤波器具有一个与位于用于数据信号的频谱部分之外即WDM(数据)信号波段之外的一个第二反射波段相关的第二SRE。一个附加光源提供了重叠在滤波器的第二反射波段上的一个测试信号。滤波器包括调谐装置，用于改变滤波器的频谱特性，即使得反射波段移位。此调谐装置用于两个SRE并因此影响两个反射波段，这就是在WDM(数据)信号波段之内的第一(数据)波段和在其之外的第二(测试)波段。对其中一个反射波段的任何调整会自动带来对另一个的相应调整。因此第一SRE的功能可以通过监视由第二SRE反射的信号来确定，而不打断或另外地反过来影响数据信号。
滤波器可以有利地包括一个光纤布拉格光栅，如图2中所示。图2示出由光纤10构成的光纤布拉格光栅，其中，形成了一系列具有各种折射率的光纤材料(例如玻璃)(由线12图示地表示)。这些线形成衍射光栅以通过绝大部分波长的入射光(图2a的箭头所示)，并根据线间距反射特定波长的入射光(图2b的箭头所示)。在根据本发明的一个特定实施例中的光纤布拉格光栅中，这些线路形成两个串联或选择反射元件，每个选择反射元件反射不同波长的入射光。在另一个实施例中，这些线可以形成多于两个的串联或选择反射元件，选择反射元件反射不同波长的入射光。
可以通过利用UV激光在光纤中写入两个叠加的全息模型来产生具有两个反射波段的滤波器。或者，可以使用一个适当的相位掩膜(phase mask)写成滤波器。可以采用氢预敏感和后曝光退火步骤。利用平版技术可以把折射率的变化引入到光纤中心。用于衍射光栅滤波器的适当调谐装置包括加热、施加应力机制、电子注入或损耗。
或者，滤波器可以包括用作具有两个反射波段的选择反射镜的多层电介质滤波器。实际上，可以串联安排多个这样的滤波器，每个逐级滤波器工作在不同的数据波段。典型地，第一多层电介质滤波器反射的光将变成串联在下一个多层电介质滤波器的入射光，而通过第一光纤布拉格光栅滤波器的光将在串联的下一个光纤布拉格光栅滤波器变为入射光。
利用图3的示例表示具有根据本发明的的两个选择反射元件的滤波器波长特性。在图3中，线20表示滤波器反射相对于波长的变化。可以看出，这个波长特性具有两个明显的最大值，一个最大值对应于一个滤波器选择反射元件(SRE)的反射波段。右侧最大值对应于SRE而左侧最大值对应于附加的测试SRE。第二线22表示入射的数据信号。从图中可以看出，入射信号的波长与波长特性的数据最大值一致，因此滤波器可以反射该特定的信号。
图4示出根据本发明的可调滤波器的波长特性，其中波长特性上的最大值已因如上所述的滤波器调谐装置的动作而移位。入射数据信号22与图3的信号相同，从图4看出，该入射数据信号不再与滤波器波长特性中的数据最大值一致，结果现在信号通过滤波器而不再被反射。如图4所示，使数据最大值移位的滤波器动作和相应的反射波段导致在测试最大值中的相应位移和在图左侧的相应反射波段。实际上，可以将这种动作设置来造成反射波段中的向更长或更短波长的移位。
图5示出与图4相同的情形，但包括有测试信号24。测试信号24包括一个宽得足以覆盖在开(启动)和关的两个状态中的第二即测试反射波段的宽波段信号。使用时，测试信号首先通过具有单调地溢出波长响应的光纤(图中虚线26所示)，并且具有幅度随波长单调变化的结果测试信号再被施加到滤波器上。
利用示例在图6中示出典型的反射测试信号。图6表示当以相应图5中所述的宽波段测试信号说明时的从滤波器的第二即测试反射波段反射的信号的幅度时间关系图。在图6中，反射信号的第一段(A)处于一个较高的电平。这对应于滤波器处于接通状态(即当启动时)和反射具有相对高幅度的入射测试信号部分的滤波器。段(B)代表在滤波器已经返回到其断开状态(即不工作)之后的一段时间后的反射测试信号。这里第二反射波段已经移位到具有相对低幅度的入射测试信号频谱部分并且信号(B)比信号(A)具有相应更低的幅度。
实际上，通过在相反意义上安排溢出滤波器特性溢出或者在接通时安排光滤波器转换到波长频谱中的相反方向，可以安排反射信号在断开状态具有较大的幅度。从图6可以明显看到，幅度敏感光检测器能够通过监视反射的测试信号来确定滤波器的开关状态。如果，在接通态，滤波器不足以失谐以改变状态(即从反射到非反射，或反之)，这将通过监视系统来检测。可以启动例如保护开关的适当措施来维持业务的可接受电平。
因此，通过监视测试信号可以有利地检验滤波器的开关操作。然而，当停留在一个或另一个开关状态时，也希望能够监视滤波器的操作(即，当响应启动信号时)。根据本发明可以实现上述目的，如下所述。
可以比进行数据信号的开关需要的电平更低的、但足以造成一个在第二反射波段内的信号上的可检测效应的电平的电平来接通滤波器调谐(动作)装置(例如通过对其重叠调制)。例如利用光检测器可以监视此接通对第二反射波段的影响。在此低电平上接通滤波器的优点是能够在测试信号上产生可辨认的效果而不有意地影响数据(WDM)信号。因此，即使当不开关时也可以确定滤波器的操作。在调谐装置不能工作的情况下，低电平调制不能出现在反射的测试信号上并且将检测到这个失败。
在图6中，将注意到反射测试信号具有在其上叠加的低电平调制。光通信网络通常在单一光纤中采用串联安排的多个滤波器以便对WDM信号进行开关。通过对提供给串联连接的多个滤波器的每一个的启动工作信号加入不同形式的调制(例如，频率或编码)，有可能通过监视接受到的调制而从多个滤波器中区别出反射的信号。特性调制(或抖动信号)能够例如具有1KHz的频率。
或者，可以通过轮流地启动滤波器来依次监视每个滤波器。可以与时间序列同步地监视多个滤波器的第二选择反射元件反射的信号。
写入光纤布拉格光栅的处理步骤包括使基片(例如光纤)敏感、写入模式、使基片退火和组装或封装。一旦写入和退火完成，滤波器的频谱特性便确定。然而在老化处理期间的组装/封装步骤或后来的变化会在反射波段的频谱位置上产生漂移。因此希望通过检验以此反射的波长和检测在反射波段的频谱位置中的非希望漂移来进一步检验滤波器的操作。此外，还可能补偿任何检测到的漂移。例如，利用本发明的滤波器，第二反射波段能够设计成在适当定义的频谱范围内反射，从而与来自诸如HENE激光(6328nm)或ND；YAG激光(1060nm)的稳定源的标准波长范围一致。接着，组装之后，和/或在操作期间，可以连续地或周期性地检测在第二波长波段的响应。这种检测应使用稳定波长激光源作为基准源。反射基准信号的检测将指示正确的操作，不能检测到则指示不可接受的频谱漂移。然后来自滤波器的反射能够用于驱动滤波器调谐装置的控制信号以校准任何不希望的变化。
根据示例，借助于1.5微米波长附近的一个反射波段能够产生数据SRE，且产生测试SRE以反射比如为1.25微米波长的一个标准激光发射。在任何时间，通过调整调谐装置的驱动电平可以检验数据SRE的反射波段的正确位置，直至测试SRE反射1.25微米的入射激光测试信号。因此有可能校准滤波器调谐装置。通过在不同波长处提供第二反射测试信号可以细调该校准，以致于可以在其范围内的两个点上检测调谐装置驱动电平。除了识别具有特定驱动电平的特定反射波长外，此细调允许要确定的驱动电平的每个单位变化引反射起波长的改变。有利地是，如果提供了两个反射测试信号，那么这两个测试信号可以用于允许以接通和断开状态的滤波器进行检验。
或者利用以不同的波长发送测试信号的一对激光来提供两个反射的测试信号，或者通过向滤波器提供一个附加SRE，使得可以展现一个数据和两个测试反射波段。
如上所述，如果提供两个反射测试信号，那么这些信号可以用在上述的带宽测试信号的位置，以检测滤波器的开关状态。
用于测试信号的检测器应能够通过检测频率差、幅度或一些其它区别特征例如调制来区分两个反射测试信号。
因此，本发明产生了一种用于监视在其通常的或非工作状态的滤波器并评估其完整性的系统和方法，以建立当施加启动信号时滤波器会操作和可靠地转换到其第二状态的保证。滤波器可以展示其反射特性中随时间的缓慢变化或漂移。这种漂移能够减少对如带通滤波器、带阻滤波器、锯齿滤波器、开关或衰减器的设备的影响。本发明还提供了一种用于连续地检验这种滤波器的操作的系统和方法，使得能够检测和校正漂移。
本领域技术人员将明白，本发明同样可应用于非调谐滤波器，即应用于具有两个固定的选择反射元件的滤波器，其中一个元件用于反射数据信号，第二个反射测试信号。在这种应用中，本发明将允许检验滤波器的各个方面，例如滤波器是否出现在特定位置，并且检验滤波器在其反射波段的频谱位置中的任何漂移。
权利要求
1.一种用于检验波长滤波器操作的系统，所述波长滤波器包括带有一个用于反射一个第一波长的第一信号的第一选择反射元件(SRE)和一个用于反射不同波长的一个第二信号的第二SRE的一个波长滤波器；所述系统还包括检验装置，用于通过检测由特定的其中一个所述选择反射元件反射的信号来检验所述波长滤波器的操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述特定的其中一个所述SRE与位于一个数据波段之外的一个反射波段相关，而另一个SRE与位于所述数据波段之内的一个反射波段相关。
3.根据权利要求1和2的其中任一所述的系统，其特征在于，所述滤波器包括一个用于调整由所述第一SRE反射的波长和由所述第二SRE反射的波长的调整装置，其中，在操作中，对由所述第一SRE反射的波长的调整导致对由所述第二SRE反射的波长的相应调整。
4.根据权利要求1和2的其中任一所述的系统，其特征在于，所述滤波器包括一个用于在由所述第一SRE反射的波长中引入变化并在由所述第二SRE反射的波长中自动地引入相应变化的调整装置。
5.根据上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述波长滤波器包括一个光波长滤波器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光波长滤波器包括一个光纤布拉格(Bragg)光栅。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光波长滤波器包括一个多层电介质滤波器。
8.根据权利要求5、6和7的其中任一所述的系统，其特征在于，多个光波长滤波器以串联方式排列。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，采用单一的检验装置以用于检验所述多个光波长滤波器的操作。
10.根据从属于权利要求3或权利要求4的权利要求3至9的其中任一所述的系统，其特征在于，所述调整装置包括用于将一个特性调制引入到由特定的其中一个所述SRE反射的信号中的调制装置。
11.根据从属于权利要求8的权利要求10所述的系统，其特征在于，安排所述多个光波长滤波器的每一个的调制装置将不同的特性调制引入到由所述多个光波长滤波器的每一个的特定的其中一个SRE反射的信号中。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，同时检验所述多个光波长滤波器的操作。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在操作中，顺序地检验所述多个光波长滤波器的操作。
14.根据权利要求6诉述的系统，其特征在于，所述光纤布拉格光栅包括含有各种光纤中心区域的折射率的一个模式。
15.根据上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于产生一个其幅度随用于由特定的其中一个所述SRE反射的波长而单调变化的宽带信号的装置，并且其中所述检验装置包括用于检测由特定的其中一个所述SRE反射的信号的幅度的装置。
16.根据从属于权利要求3或权利要求4的权利要求3至14的其中任一所述的系统，其特征在于，它还包括用于产生一个用于由特定的其中一个所述SRE反射的窄带信号的装置。
17.根据从属于权利要求3或权利要求4的权利要求3至14的其中任一所述的系统，其特征在于，它包括用于产生用于由特定的其中一个所述SRE反射的一个第一和一个第二窄带信号的装置。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述滤波器还包括一个用于反射所述窄带信号的第三SRE。
19.根据权利要求17和18的其中任一所述的系统，其特征在于，安排所述系统在调整到一个第一状态时产生一个第一窄带反射信号并在调整到一个第二状态时产生一个第二窄带反射信号。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述第一和第二窄带反射信号通过调制彼此不同。
21.根据权利要求16至20的其中任一所述的系统，其特征在于，它包括用于根据对特定的其中一个所述SRE和所述第三SRE反射的信号的检测来调整由另一个所述SRE的反射波长的装置。
22.一种用于检验一个波长滤波器操作的方法，所述波长滤波器包括一个用于反射一个第一波长的第一信号的第一选择反射元件(SRE)和一个用于反射不同波长的一个第二信号的第二SRE；所述方法包括检测由特定的其中一个所述SRE反射的信号的步骤。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，由特定的其中一个所述SRE反射的信号位于一个数据波段之外，由另一个所述SRE反射的信号位于所述数据波段之内。
24.根据权利要求22和23的其中任一所述的方法，其特征在于，它包括提供其幅度随用于由特定的其中一个所述SRE反射的波长而单调变化的宽带信号的步骤。
25.根据权利要求22和23的其中任一所述的方法，其特征在于，它包括提供一个或多个用于由特定的其中一个所述SRE反射的窄带信号的步骤。
26.根据权利要求22至25的其中任一所述的方法，其特征在于，它包括检测由特定的其中一个所述SRE反射的信号的幅度的步骤。
27.根据权利要求22至25的其中任一所述的方法，其特征在于，它包括将一个特性调制引入到由特定的其中一个所述SRE反射的信号中并检测由所述特定的其中一个所述SRE反射的信号的调制的步骤。
28.根据权利要求22至27的其中任一所述的方法，其特征在于，所述滤波器包括一个用于在由另一个所述SRE反射的波长中引入变化并在由特定的其中一个所述SRE反射的波长中自动地引入相应变化的调整装置，所述方法包括检验由所述特定的其中一个所述SRE反射的信号的波长的步骤。
29.根据权利要求22至27的其中任一所述的方法，其特征在于，所述滤波器包括一个用于在由另一个所述SRE反射的波长中引入变化并在由特定的其中一个所述SRE反射的波长中自动地引入相应变化的调整装置，所述方法包括调整所述滤波器以便反射不同的波长并利用调整到反射不同的波长的所述滤波器来检验所述调整装置的操作的步骤。
30.根据权利要求22至29的其中任一所述的方法，其特征在于，它用于检测所述滤波器的波长特性中的漂移。
31.一种波分复用(WDM)开关，它包括权利要求1至21的其中任一所述的系统。
32.一种WDM光通信系统，它包括权利要求1至21的其中任一所述的系统。
全文摘要
一种用于检验波长滤波器的正确操作的系统,该波长滤波器包括带有一个用于反射一个第一波长的第一信号的第一选择反射元件(SRE)和一个用于反射不同波长的一个第二信号的第二SRE的一个波长滤波器,该系统还包括用于检测由第二选择反射元件反射的第二信号的检验装置。
文档编号G01M11/00GK1268823SQ00106738
公开日2000年10月4日 申请日期2000年2月9日 优先权日1999年2月9日
发明者R·C·古德菲罗 申请人:马科尼通讯有限公司