专利名称：光波长、功率监控器中测量信号光信噪比的方法
技术领域：
本发明涉及一种光波长、功率监控器中测量信号光信噪比的方法，特别是基于光栅和阵列探测器的光波长、功率监控器中测量信号光信噪比OSNR的方法。
背景技术：
高速大容量密集波分复用系统已经开始广泛的应用，为保证系统稳定、可靠的运行，系统中需要使用光性能分析器在光传输层实时监控系统中光信号的基本性能，包括光信号波长、功率和光信噪比。
目前有两种性能和价格都不相同的光性能分析器。一种可以测量光信号的波长、功率及光信噪比，但是价格很高，称之为光性能监控器(OPM)，另外一种价格较低，但是只能测量光信道的波长和功率，称之为光波长、功率监控器。由于测量波分复用DWDM系统中光信号的OSNR所要求的技术难度高，工艺复杂，所需的器件昂贵，所以可以测量的波长、功率及信噪比的OPM也非常昂贵。而目前测量波长和功率的光波长、功率监控器虽然价格较低，却由于不具有测量信号的OSNR的能力而使其应用受到限制。
在基于光栅和阵列探测器的光波长、功率监控器中，使用低通道的阵列探测器，如8，16，32，40通道等。而高性能的光性能监控器(OPM)，或者使用昂贵的256或512通道的阵列探测器，或者使用极其昂贵的高性能调协滤波器，对配套的外围设备的技术也要求很高，这都使得高性能的光性能监控器的成本极高并且制作难度大。
发明内容
本发明的目的是为满足高性能、低成本的光性能监控器的需求，解决现存的问题，使光性能监控器既具有很高的测试性能，同时有具有很低的成本而提供的一种基于光栅和阵列探测器的光波长、功率监控器测量光信噪比OSNR的方法。在基于光栅和阵列探测器的光波长、功率监控器中使用这种方法，可以以低成本来获得高性能的监控器具有的测量光信号OSNR的能力。
本发明的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，包括对光信号的测量和处理，是通过光输入端口输入的光信号通过色散部分的分光元件组将光信号的光谱空间分布在阵列探测平面上，将光信号空间分布的光谱在探测平面上依次平移一段距离，使同一通道能分别测量信号功率和噪声功率，通过数据处理部分对测量的信号功率和噪声功率数据进行分析和处理。
所述的测量信号光信噪比的方法，由光学设计使波分复用DWDM系统中各个标准的信道的中心位置落在各个通道中。
所述的测量信号光信噪比的方法，不同入射角的光的输出光谱在空间平移距离的大小由系统中信道的最小间隔决定。
所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，光输入端口采用具有路选功能的1×N光开关，光开关的N个输出端口与色散部分的N个输入端口相连，光开关依次选中N个输入端口，把光信号依次输入到色散部分的N个输入端口中，通过控制相邻光信号输入端口的夹角，来控制输入光信号的光谱在探测平面上平移一段距离。
所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，还可以通过等间隔的旋转分光元件组中的光栅角度控制光谱在探测平面上依次平移一段距离，使同一通道能分别测量信号功率和噪声功率。
所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，还可以是等间隔移动阵列探测器，使同一通道能分别测量信号功率和噪声功率。
所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，还可以是相邻输入波导之间具有一定的夹角，控制整个光谱在探测平面上平移一段距离，使同一通道能分别测量信号功率和噪声功率。
所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，在数据处理中可以使用消除串扰的信号去卷积算法，从而提高光信噪比(OSNR)的测试能力。
本发明的优点在于以很低的成本投入使低性能的监控器具有了高性能监控器所具有的功能，一方面大大降低了制作高性能监控器所要求的核心器件的技术和工艺难度，另一方面也大大降低了高性能监控器的成本。
图1是采用具有路选功能的光开关的原理图10光开关，21、20两夹角固定的输入波导，30准直透镜，40衍射光栅，50汇聚透镜，60探测平面，70阵列探测器，80数据处理系统。
图2是波分复用信号在探测器表面的能量分布图；21所指是信号从输入波导21输入时波分复用信号在探测器表面的能量分布图，20所指是信号从输入波导20输入时波分复用信号在探测器表面的能量分布图。
图3是光栅的工作原理图。
图4是去卷积算法流程图。
具体实施例方式
为实现本发明的目的，我们提供了实现这种目的方法及其实现装置。它包括一个1×N的光开关，其N个输出端与色散部分的N个输入端口相连；一个具有N个输入端口的色散部分，色散部分的相邻输入端口具有一定的夹角，不同的输入端口对应不同的入射角，不同的入射角使输出光谱在空间平移；通过色散部分的分光元件组后，光信号的空间分布的光谱在探测平面上依次平移一段距离。通过光开关依次选通N个输入端口，从不同的输入端口输入光信号，这样，光信号在不同的输入配置下，可以分别测量系统中光信号的信号功率和噪声功率。一个数据处理部分，按照公式OSNR＝10*Log(信号功率/噪声功率)对测量数据分析、处理，从而得到光信号的OSNR。
光栅原理见图31、2是两束入射方向不同的光束，N是光栅法线。由光栅方程d(sina+sinb)＝mλ可知，当所有波长的光都沿着同一方向入射时，不同波长的光沿着不同的方向出射；对于某一波长λ，当衍射级数m相同时，沿不同方向入射的光束，其衍射方向也不同。所以，当复色光沿不同方向入射时，其光谱会整体的平移。
为便于更好的对本发明的理解，我们以1×2光开关和40通道的光波长、功率监控器为例来讲述本发明的原理。
如附图1所示，光信号通过光开关(OS)10的选择，信号光先通过输入波导21进入由30至60组成的分光元件组中，分光元件组使各个通道的信号聚焦在探测平面60的不同位置处。探测平面上是40个通道的阵列探测器，阵列探测器的每个通道之间有一定的间隔。图中70是阵列探测器的几个通道，1、2、3、4分别指示各个通道之间的间隔。把探测器放置在探测平面上，调节探测器的位置，使DWDM系统中各个标准的信道落在各个探测器通道上，此时，探测器测量的是信道的信号功率。切换光开关，使光通过输入波导20进入色散系统，由于输入波导20与21有夹角，从20输入的光信号的整个光谱在探测平面上平移一段距离，使得光信号落在相邻的两个探测器通道之间的区域，此时探测器测量的是信道的噪声功率，经过数据处理系统80后，得到各个信道的光信噪比。图1中示意的进给出了一个信道的情况。
图2给出了波分复用系统中的多个光信号经过色散系统后，在探测平面及探测器上的光功率分布示意图。实线是由21输入时，光强在探测器表面的分布情况，此时各个通道测量的是信号功率。虚线是由20输入时，光强在探测器表面的分布情况，此时各个通道测量的是信道的噪声功率。整个光谱在探测器表面的平移量的大小由输入波导21和20的夹角确定。分别测量出系统中各个信道的信号功率和噪声功率后，由数据处理部分进行分析处理就可以得到系统中各个信道的光信噪比。
由以上说明可以看出，通过光开关和具有一定夹角的输入波导装置，在基于光栅和阵列探测器的光波长、功率监控器中实现了对信道中光信号的信噪比的测量。
由于光学色散元件的色散能力及分辩能力等因素的影响，光信号会展宽，在测试噪声的过程中，噪声测试的准确度受到光信号串扰的影响，从而影响光信噪比的测试能力。使用本发明的光波长、功率监控器具有很高的光信噪比测试能力，可以满足一般的应用要求。在一些对测试光信噪比要求严格的应用中，我们可以用恢复信号的去卷积算法来消除测量过程中光信号的串扰从而进一步提高光信噪比的测试能力。
图4是去卷积算法流程图，恢复信号的去卷积算法描述如下对于一个线性或近似线性测试系统，测试系统测得的信号可以看做原始的信号与测试系统函数的卷积，即测试系统测得的信号已不是原始的信号，而是加入了测试系统与原始信号相互作用后的信号。用公式表示为g(x)＝h(x)*f(x) (*号表示卷积)其中g(x)是测试系统测得的信号，h(x)是系统函数，f(x)要测试得原始信号。如果知道了系统函数h(x)，则可以由实际测得的信号g(x)推导出要测量的原始得信号f(x)。
实际中，通过输入系统一已知的标准信号，可以得到系统测得的信号，由这两个信号求得系统函数并存放在数据处理器中。当系统测试其他信号时，再用求得的系统函数和测得的信号恢复原始信号。
本发明的核心精神是通过一由光开关和输入波导组成的输入装置，使同一个通道能分别测量信号的功率和噪声功率从而测量信号的信噪比。类似的，通过转动光栅(图1中的40)或移动阵列探测器(图1中的70)同样可以实现光信号信噪比的测量。本发明中使用的光栅可以是透射式光栅，也可以是反射式光栅。光栅的使用方式可以是单通(一次衍射)，也可以是由加入反射镜组成的双通(两次衍射)方式。
权利要求
1.一种光波长、功率监控器中测量信号光信噪比的方法，包括对光信号的测量和处理，其特征是通过光输入端口输入的光信号通过色散部分的分光元件组将光信号的光谱空间分布在阵列探测平面上，将光信号空间分布的光谱在探测平面上依次平移一段距离，使同一通道能分别测量信号功率和噪声功率，通过数据处理部分对测量的信号功率和噪声功率数据进行分析和处理。
2.根据权利要求1所述的测量信号光信噪比的方法，其特征在于由光学设计使波分复用DWDM系统中各个标准的信道的中心位置落在各个通道中。
3.根据权利要求1或2所述的测量信号光信噪比的方法，其特征在于不同入射角的光的输出光谱在空间平移距离的大小由系统中信道的最小间隔决定。
4.根据权利要求1或2所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，其特征是光输入端口采用具有路选功能的1xN光开关，光开关的N个输出端口与色散部分的N个输入端口相连，光开关依次选中N个输入端口，把光信号依次输入到色散部分的N个输入端口中，通过控制相邻光信号输入端口的夹角，来控制输入光信号的光谱在探测平面上平移一段距离。
5.根据权利要求1或2所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，其特征是通过等间隔的旋转分光元件组中的光栅角度控制光谱在探测平面上依次平移一段距离，使同一通道能分别测量信号功率和噪声功率。
6.根据权利要求1或2所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，其特征是等间隔移动阵列探测器，使同一通道能分别测量信号功率和噪声功率。
7.根据权利要求1或2所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，其特征是相邻输入波导之间具有一定的夹角，控制整个光谱在探测平面上平移一段距离，使同一通道能分别测量信号功率和噪声功率。
8.根据权利要求1或2所述的光波长、功率监控器中测量光信噪比OSNR的方法，其特征在于在数据处理中可以使用消除串扰的信号去卷积算法，从而提高光信噪比OSNR的测试能力。
全文摘要
本发明提供一种光波长、功率监控器中测量信号光信噪比的方法，它有三部分组成提供路选功能的1×N光开关，具有N个输入端口的色散部分，两个输入端口具有一定的夹角，数据处理部分。光开关的N个输出端口与色散部分的N个输入端口相连，光开关依次选通N个输入端口，把光信号依次输入到色散部分的N个输入端口中；色散部分用于实现不同波长光信号的空间分离并把不同波长的光信号聚焦在探测平面的不同位置处。N个输入端口使通过其输入的光信号的整个光谱在探测平面上依次平移一段距离；数据处理部分用于测量、分析处理数据，输出信道的波长，功率和信噪比数据。
文档编号G01M11/02GK1548937SQ03119100
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月19日 优先权日2003年5月19日
发明者陈晓虎, 胡强高, 张晓蓉, 彭定敏, 喻杰奎, 何俊 申请人:武汉光迅科技有限责任公司